Tutorial de FPGA Intel MAX10: Parte 2

Tabla de contenidos

1. Introducción
2. ¿Qué es la síntesis de HDL?
3. Verificación de la sintetizabilidad del código HDL
4. Análisis y síntesis del proyecto
5. Generación del netlist
6. Visor RTL
7. Informes de síntesis
8. Optimización de esquemáticos
9. Nivel de síntesis del bloque PCD a display de 7 segmentos
10. Diseño del comparador digital
11. Nivel superior no sintetizable
12. Creación del nivel superior Correcto
13. Creación del esquemático del sumador completo
14. Creación del esquemático del controlador de display BCD a 7 segmentos
15. Conexión de entradas y salidas
16. Compilación del nivel superior
17. Resultado de la síntesis
18. Programación del FPGA
19. Verificación del funcionamiento

💡 Destacados

• El proceso de síntesis de HDL es fundamental para la implementación de proyectos digitales.
• Es importante verificar la sintetizabilidad del código antes de proceder con la síntesis.
• El análisis y la síntesis del proyecto permiten determinar su viabilidad.
• La generación del netlist es el paso final antes de visualizar los elementos lógicos del diseño.
• El visor RTL muestra cómo se ha implementado el diseño en términos de elementos lógicos.
• Los informes de síntesis proporcionan información detallada sobre los recursos utilizados.
• La optimización de esquemáticos puede mejorar el rendimiento y reducir los retardos de propagación.
• El nivel de síntesis del bloque PCD a display de 7 segmentos es necesario para su implementación.
• El diseño del comparador digital es esencial en el proyecto.
• El nivel superior no sintetizable no se compila, pero se analiza para verificar su corrección.
• La creación del nivel superior correcto es fundamental para el éxito del proyecto.
• Los esquemáticos del sumador completo y del controlador de display son necesarios para su implementación.
• La correcta conexión de entradas y salidas garantiza el funcionamiento correcto del diseño.
• La compilación del nivel superior permite verificar posibles errores y corregirlos.
• El resultado de la síntesis muestra cómo se han implementado los bloques en el diseño final.
• La programación del FPGA es el paso final antes de verificar el funcionamiento del proyecto.

👉 Introducción

El proceso de síntesis de hardware description language (HDL) es esencial en el diseño y la implementación de proyectos digitales. La síntesis de HDL permite traducir el código HDL en elementos lógicos y físicos que pueden ser implementados en dispositivos programables, como los Field-Programmable Gate Arrays (FPGA). En este artículo, exploraremos los pasos involucrados en el proceso de síntesis de HDL y cómo verificar la sintetizabilidad del código.

¿Qué es la síntesis de HDL?

La síntesis de HDL es el proceso que transforma el código HDL en elementos lógicos y físicos que representan el diseño digital. Consiste en traducir la descripción de alto nivel de un sistema digital en una representación implementable en hardware. El código HDL describe la funcionalidad del diseño y la síntesis se encarga de convertir estas descripciones en circuitos lógicos que pueden ser implementados en chips o dispositivos programables.

Verificación de la sintetizabilidad del código HDL

Antes de proceder con la síntesis, es importante verificar si el código HDL es sintetizable. No todo el código HDL es apto para la síntesis, ya que algunos elementos pueden no ser implementables en hardware. La fase de análisis y síntesis determina si el código HDL es sintetizable y puede ser utilizado para la implementación del diseño. Esta fase es crucial, ya que un código no sintetizable podría generar errores en el proceso de síntesis y no producir los resultados esperados.

Análisis y síntesis del proyecto

Una vez verificada la sintetizabilidad del código HDL, se procede con el análisis y la síntesis del proyecto. Durante esta fase, se examinan las descripciones del diseño en busca de errores y se generan representaciones intermedias del mismo. La síntesis del proyecto implica la traducción del código HDL en elementos lógicos y físicos que pueden ser implementados en el FPGA. Esta fase es crucial para determinar la viabilidad del proyecto y asegurar que el diseño cumpla con los requerimientos establecidos.

Generación del netlist

Después de completar el proceso de síntesis, se Genera el netlist del diseño. El netlist es una representación del diseño en forma de una lista de bloques lógicos interconectados y sus conexiones. Este netlist sirve como entrada para la etapa de enrutamiento del diseño, donde se determinan las conexiones físicas entre los bloques lógicos en el FPGA.

🧩 Visor RTL

El visor RTL (Register Transfer Level) es una herramienta que permite visualizar los elementos lógicos del diseño generado durante la síntesis. Con el visor RTL, es posible examinar el esquemático y ver cómo se han implementado los diferentes bloques en términos de elementos lógicos. Esta visualización proporciona una comprensión más profunda del diseño y ayuda a identificar posibles problemas o mejoras.

Informes de síntesis

Los informes de síntesis proporcionan información detallada sobre el diseño sintetizado. Estos informes incluyen métricas como el número total de elementos lógicos utilizados, el tiempo de propagación y otra información relevante para evaluar el rendimiento del diseño. Los informes de síntesis son herramientas valiosas para optimizar el diseño y asegurarse de que cumple con los requerimientos establecidos.

Optimización de esquemáticos

La optimización de esquemáticos es un paso importante para mejorar el rendimiento y reducir el tiempo de propagación en el diseño. Durante esta etapa, se examinan los esquemáticos generados por la síntesis y se buscan posibles mejoras. Esto puede incluir la reorganización de bloques, la eliminación de redundancias y la simplificación de la lógica implementada. Una optimización efectiva de esquemáticos puede resultar en diseños más eficientes y rápidos.

Nivel de síntesis del bloque PCD a display de 7 segmentos

El bloque que convierte los valores del PCD (Parallel Count Decimal) a un display de 7 segmentos es fundamental en el proyecto. Esta etapa de síntesis se encarga de convertir la descripción del bloque en elementos lógicos que implementen la funcionalidad requerida. La correcta síntesis de este bloque es crucial para el correcto funcionamiento del display de 7 segmentos.

Diseño del comparador digital

El diseño del comparador digital es uno de los elementos esenciales en el proyecto. Este bloque compara los valores de entrada y selecciona la salida adecuada según la lógica implementada. Durante la síntesis, este diseño se convierte en elementos lógicos y físicos que implementan la funcionalidad requerida. La correcta síntesis del comparador digital es crucial para garantizar el correcto funcionamiento del proyecto.

Nivel superior no sintetizable

El nivel superior no sintetizable no se compila para la implementación, pero se analiza para verificar su corrección. Este nivel puede incluir elementos como el entorno de prueba (testbench) o la descripción de entradas y salidas. Durante el análisis, se verifica la corrección sintáctica de este nivel y se identifican posibles errores o problemas que podrían afectar el funcionamiento del proyecto.

Creación del nivel superior correcto

La creación del nivel superior correcto es un paso fundamental para el éxito del proyecto. Durante esta etapa, se crea el esquemático que actuará como la entidad de nivel superior en la implementación. Este esquemático incorpora y conecta todos los bloques y elementos lógicos del diseño en una estructura coherente. La correcta creación del nivel superior es esencial para asegurar un funcionamiento adecuado del proyecto.

Creación del esquemático del sumador completo

El esquemático del sumador completo es otro componente importante en el proyecto. Durante esta etapa, se crea el esquemático que implementa la lógica de sumado de bits. Este esquemático se conecta al nivel superior para formar parte del diseño final. La correcta creación del esquemático del sumador completo es crucial para el correcto funcionamiento del proyecto.

Creación del esquemático del controlador de display BCD a 7 segmentos

El esquemático del controlador de display BCD a 7 segmentos es necesario para la implementación del display. Durante esta etapa, se crea el esquemático que Toma los valores del bloque PCD y los convierte en las señales de salida requeridas para el display de 7 segmentos. Este esquemático se conecta al nivel superior y al display para garantizar un funcionamiento correcto.

Conexión de entradas y salidas

La correcta conexión de las entradas y salidas en el diseño es fundamental para un funcionamiento adecuado. Durante esta etapa, se asignan las entradas y salidas a los pines correspondientes en el FPGA. Esto implica asignar nombres y conexiones adecuadas para garantizar que el diseño funcione como se espera. La correcta conexión de entradas y salidas es esencial para el correcto funcionamiento del diseño.

Compilación del nivel superior

Una vez se han realizado todas las conexiones y se ha completado el diseño del nivel superior, se procede a compilarlo. La compilación del nivel superior implica verificar posibles errores y corregirlos antes de continuar con la implementación. Durante este proceso, se generará un nuevo netlist que incluirá todos los bloques y conexiones del diseño.

Resultado de la síntesis

El resultado de la síntesis muestra cómo se han implementado los bloques en el diseño final. El resultado incluye la conexión de los bloques, los elementos lógicos utilizados y otra información relevante sobre el diseño. Esta información es importante para evaluar el rendimiento del diseño y realizar posibles mejoras o ajustes.

Programación del FPGA

Una vez completado el proceso de síntesis y verificado el diseño, se procede a la programación del FPGA. La programación consiste en transferir el diseño implementado en el FPGA para que pueda funcionar de acuerdo a las especificaciones establecidas. Este paso permite verificar el funcionamiento del diseño en un entorno real y realizar posibles ajustes.

Verificación del funcionamiento

La verificación del funcionamiento es el último paso en el proceso de implementación. Durante esta etapa, se realizan pruebas en el FPGA para asegurarse de que el diseño funciona correctamente. Se verifican las entradas y salidas, se Evalúa el rendimiento y se corrigen posibles errores o problemas identificados. La verificación del funcionamiento es esencial para garantizar que el diseño cumpla con los requerimientos establecidos.

🙋 Preguntas frecuentes

Q: ¿Qué es la síntesis de HDL? A: La síntesis de HDL es el proceso que transforma el código HDL en elementos lógicos y físicos que representan el diseño digital.

Q: ¿Cómo se verifica la sintetizabilidad del código HDL? A: La sintetizabilidad del código HDL se verifica durante la fase de análisis y síntesis del proyecto.

Q: ¿Qué es el netlist y cuál es su función? A: El netlist es una representación del diseño en forma de una lista de bloques lógicos interconectados y sus conexiones. Se utiliza como entrada para el enrutamiento del diseño.

Q: ¿Qué es el visor RTL y para qué se utiliza? A: El visor RTL es una herramienta que permite visualizar los elementos lógicos del diseño generado durante la síntesis. Se utiliza para examinar el esquemático y comprender cómo se ha implementado el diseño.

Q: ¿Qué información proporcionan los informes de síntesis? A: Los informes de síntesis proporcionan información detallada sobre el diseño sintetizado, como el número de elementos lógicos utilizados y el tiempo de propagación.

Q: ¿Qué es la optimización de esquemáticos y por qué es importante? A: La optimización de esquemáticos es el proceso de mejorar el rendimiento y reducir los retardos de propagación en el diseño. Es importante para garantizar un diseño eficiente y rápido.

Q: ¿Por qué es necesario crear un nivel superior correcto en el proyecto? A: La creación del nivel superior correcto es esencial para asegurar un funcionamiento adecuado del proyecto y garantizar que todos los bloques estén conectados correctamente.

Q: ¿Qué es la programación del FPGA y cuál es su función? A: La programación del FPGA consiste en transferir el diseño implementado en el FPGA para que pueda funcionar de acuerdo a las especificaciones establecidas.

Q: ¿Por qué es importante verificar el funcionamiento del diseño? A: La verificación del funcionamiento del diseño es esencial para asegurarse de que cumple con los requerimientos establecidos y funciona correctamente en un entorno real.