【LiteX】使用Python实现FPGA SoC构建的开源工具

5天前发布

简介

LiteX的主要应用是对FPGA SoC进行自动化构建，可以通过一条指令完成所有构建步骤，使用的是Python脚本

在构建过程中会作做很多事情：

调用各种子模块
将各个模块互联，形成一个整体的SoC
每个模块都被封装成Python Class，像搭积木一样将所有模块连接起来
对于已有的Verilog IP，将其接口封装成Python Class，即可进行使用
生成BIOS（当SoC中包含CPU时）
BIOS本身是一个CPU运行的程序
集成了模块初始化驱动（如SDRAM、SPI Flash、SD Card等模块）
集成了命令行（可以实现内存读写、模块配置、设备重启等功能）
集成了Bootloader功能（借助串口、网口、PCIe等实现二阶段启动）
同步生成寄存器表或设备树等文件（以供其他调试工具、操作系统使用）
生成Verilog、约束文件
借助Migen工具，将Python代码转换成Verilog代码
将BIOS固件初始化到指定的RAM/ROM中
将Python中所有的约束进行整合并生成约束文件（包括IO管脚配置、时钟频率等）
综合、布局、布线
可以调用FPGA厂商的Vivado、Quartus等
可以调用开源的yosys、nextpnr等
生成FPGA bitstream
构建完成后，可以直接进行上板测试，会用到LiteX提供的一些调试工具（跳转查看工具介绍TODO）：

litex_term
litex_server
litex_cli
litexscope_cli

典型设计流程

+---------------+
                                      |FPGA toolchains|
                                      +----^-----+----+
                                           |     |
                                        +--+-----v--+
                       +-------+        |           |
                       | Migen +-------->           |
                       +-------+        |           |        Your design
                                        |   LiteX   +---> ready to be used!
                                        |           |
              +----------------------+  |           |
              |LiteX Cores Ecosystem +-->           |
              +----------------------+  +-^-------^-+
               (Eth, SATA, DRAM, USB,     |       |
                PCIe, Video, etc...)      +       +
                                         board   target
                                         file    file

LiteX生态

环境安装

操作系统

推荐使用Ubuntu，原因（踩过的坑）：

相比Windows下MinGW环境下的编译集成工具，Linux系统中运行速度会快很多
Windows版本LiteX脚本有概率将安装过的Vivado软件破坏，导致Vivado无法使用（原因未知）
LiteX的一些工具、脚本无法在Windows中运行（有的根本无法运行，有的库依赖较多）

Anaconda3

推荐使用conda虚拟环境，原因：

Ubuntu默认版本的一些软件、工具和库无法满足要求或有冲突
便于环境的分发
LiteX git仓库的submodule过多且更新频繁，偶尔会出现版本不匹配导致的Bug，自身也有可能多个项目使用不同版本的LiteX

依赖库

# 进入虚拟环境
conda activate <your conda env name>

# 编译工具
pip install meson ninja

litex_setup

LiteX提供了脚本，下载后直接运行即可实现LiteX开发环境的快速构建

cd <you work path>
mkdir litex_env
cd litex_env
wget https://raw.githubusercontent.com/enjoy-digital/litex/master/litex_setup.py
chmod +x litex_setup.py
./litex_setup.py --init --install --user --dev --tag 2024.04

仿真测试

TODO：跳转

硬件测试

TODO：跳转

常用工具

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