Videocorso Verilog e SystemVerilog per FPGA CGFA

Da zero a descrivere circuiti digitali, simularli gratis e portarli su una FPGA

Partenza: Da zero
16 ore con gli esercizi
10 lezioni in 3 livelli
2 lezioni gratis

Inizia la prima lezione Sblocca il corso

A chi serve

Studenti di elettronica e informatica, tecnici, appassionati di Arduino e makers che vogliono progettare circuiti digitali veri, senza comprare nulla per cominciare

Cosa serve per iniziare

Un computer Windows, Mac o Linux
Nessuna esperienza di programmazione: servono solo le basi dei numeri binari (le spieghiamo)
Facoltativo: una scheda FPGA economica, ma per tutto il corso basta il simulatore

Cosa installare

Icarus VerilogSimulatore gratuito e open source (steveicarus.github.io/iverilog). Su Windows c'è l'installatore pronto, su Linux si installa con il gestore pacchetti (pacchetto iverilog)

GTKWaveVisualizzatore gratuito delle forme d'onda: mostra come cambiano i segnali nel tempo. Si installa insieme a Icarus su molti sistemi

Verilator 5Simulatore gratuito molto veloce, supporta gran parte di SystemVerilog e permette di creare test anche in C++. Si usa da terminale

EDA PlaygroundSito gratuito (edaplayground.com): scrivi Verilog nel browser e lo simuli subito, senza installare nulla. Serve una registrazione gratuita per salvare i lavori

Yosys + nextpnr (facoltativo)Catena open source per sintetizzare e caricare il progetto su FPGA Lattice iCE40 ed ECP5. Per AMD e Intel esistono Vivado e Quartus, con versioni gratuite

A cosa ti serve

Progettista FPGA e logica digitale (telecomunicazioni, spazio, difesa, automotive)
Strumentazione scientifica e ricerca (acceleratori, rivelatori, radiotelescopi)
Accelerazione di calcoli, video e intelligenza artificiale in hardware
Verifica di chip (ASIC) con SystemVerilog: un mestiere molto richiesto
Prototipazione di prodotti elettronici e retro-computing

Programma del corso

10 lezioni in 3 livelli. Ogni lezione: video, spiegazione, codice da copiare o provare, esercizio con soluzione e quiz.

Base

Descrivere porte logiche, bus e circuiti con memoria

1Cos'è una FPGA e il tuo primo moduloCapire che Verilog descrive hardware e non un programma, installare il simulatore e simulare una porta AND.Gratis25 min 2Segnali, bus e numeriUsare wire e reg, i vettori a più bit, i numeri in binario ed esadecimale e gli operatori principali.Gratis25 min 3Logica combinatoria: always, if e caseDescrivere circuiti combinatori come multiplexer e decoder con always @(*), if e case, evitando i latch involontari.30 min 4Logica sequenziale: clock, flip-flop e contatoriDescrivere circuiti con memoria usando il clock, il reset e l'assegnamento non bloccante.35 min

Intermedio

Testbench, macchine a stati e moduli riutilizzabili

1Testbench seri e forme d'ondaScrivere testbench con cicli e monitor, e guardare i segnali nel tempo con GTKWave.30 min 2Macchine a stati finitiProgettare un controllore a stati, come un semaforo, con registro di stato, logica di transizione e uscite.35 min 3Moduli parametrici e gerarchiaRiutilizzare i moduli con parametri, collegarli in un progetto gerarchico e generare strutture ripetute con generate.30 min

Avanzato

SystemVerilog, verifica professionale e passaggio alla FPGA

1SystemVerilog: logic, always_ff e tipi enumPassare a SystemVerilog con logic, always_ff, always_comb ed enum per un codice più chiaro e sicuro.35 min 2Verifica: test automatici e VerilatorCostruire un testbench che si controlla da solo con task e numeri casuali, e usare Verilator per simulazioni veloci.35 min 3Dal simulatore alla FPGACapire sintesi, vincoli, clock reale, sincronizzatori e antirimbalzo, e conoscere i flussi gratuiti e ufficiali per programmare una scheda.40 min

Progetto finale: Un cronometro digitale con macchina a stati

Progetti da zero un cronometro: un contatore di secondi con avvio, pausa e azzeramento comandati da due pulsanti. Lo descrivi in Verilog con una macchina a stati, lo provi con un testbench auto-controllante e, se hai una scheda, lo porti su FPGA con sincronizzatori e antirimbalzo.

I passi

Disegna su carta il diagramma a stati: FERMO, IN_CORSA, PAUSA, con le transizioni comandate dai pulsanti start e reset.
Scrivi il modulo divisore_clock che produce un impulso di un secondo partendo dal clock della scheda.
Scrivi il contatore dei secondi (0-59) e dei minuti, che avanza solo quando lo stato è IN_CORSA e arriva l'impulso del secondo.
Scrivi la macchina a stati con i tre blocchi: registro di stato, prossimo stato, uscite.
Scrivi un testbench che accelera il tempo (clock molto più veloce) e controlla da solo che dopo N impulsi il contatore valga N.
Simula con Icarus o Verilator e osserva le onde con GTKWave.
Facoltativo: aggiungi sincronizzatore e antirimbalzo ai pulsanti e porta il progetto su una scheda, rispettando la tensione dei pin.

Esame e attestato

Alla fine del corso fai l'esame: 15 domande, serve il 75% di risposte giuste. Superato l'esame ottieni l'attestato stampabile con nome, ore, punteggio e un codice di controllo che chiunque può verificare.

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Glossario di Verilog (FPGA)

FPGA: Chip con blocchi logici e collegamenti che si possono configurare per diventare un circuito.
HDL: Linguaggio di descrizione dell'hardware, come Verilog e VHDL.
Modulo: La scatola base di Verilog, con ingressi, uscite e una descrizione interna.
Testbench: Modulo di prova, senza porte, che collauda un circuito in simulazione.
Wire: Un filo: trasporta un valore tra due punti del circuito.
Reg: Un segnale che tiene un valore assegnato da un blocco procedurale.
Clock: Segnale ad onda quadra che dà il ritmo ai circuiti sequenziali.
Flip-flop: Elemento di memoria che copia il suo ingresso sul fronte del clock.
Latch: Memoria non voluta che nasce quando un'uscita combinatoria non viene assegnata in tutti i casi.
FSM: Macchina a stati finiti: un circuito che si trova in uno stato alla volta.
Sintesi: Il passaggio che trasforma il codice in porte e registri.
Bitstream: Il file che configura la FPGA dopo sintesi, place and route.

Le prime 2 lezioni sono gratis

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