Свободные инструменты для программирования FPGA

Подборка свободных инструментов для программирования FPGA, включающая в себя средства поддержки языков HDL, синтезаторы, симуляторы и некоторые другие.

Yosys

Yosys — проект по созданию свободного набора инструментов для программирования FPGA. В состав этих инструментов входят: yosys, nextpnr, icestorm, apicula, trellis. Подробнее ниже в соответствующих разделах обзора.

OSS CAD Suite — сборка свободно-распространяемых инструментов для разработки программ для FPGA. Собирается в рамках проекта Yosys. Доступны сборки для GNU/Linux, MacOS X и Windows. Включает в себя в частности: GHDL, Icarus Verilog, nextpnr, openFPGALoader, OpenOCD, Verilator, Yosys и множество других программ.

GHDL

GHDL — проект по разработке свободных инструментов для VHDL. Подробнее ниже в соответствующих разделах обзора.

Verilog и SystemVerilog

Yosys — синтезатор для Verilog.

Icarus Verilog — компилятор для Verilog.

Verilator — компилятор, симулятор и линтер для Verilog и SystemVerilog.

Verible — свободный набор инструментов для SystemVerilog от организации CHIPS Alliance. Включает в себя: линтер, форматер и сервер LSP.

SVLS — сервер LSP для языка SystemVerilog.

SVLint — линтер для языка SystemVerilog.

Veridian — сервер LSP для языка SystemVerilog.

VHDL

GHDL — компилятор, анализатор, симулятор и синтезатор для VHDL.

NVC — компилятор и симулятор для VHDL. Использует LLVM для компиляции в машинный код.

VHDL Language Server — сервер LSP для VHDL.

GHDL Yosys Plugin — дополнение к Yosys для поддержки VHDL с использованием GHDL.

Другие языки HDL

Chisel — HDL для описания цифровых схем уровня RTL. Chisel является DSL на базе языка программирования Scala.

SpinalHDL — HDL, являющийся DSL на базе языка Scala. Позиционируется как альтернатива для VHDL, Verilog и SystemVerilog.

Clash — язык HDL, имеющий синтаксис и семантику языка Haskell. Компилируется в VHDL, Verilog, SystemVerilog.

Veryl — HDL, написанный на Rust и заимствующий из него синтаксис и некоторые возможности. Позиционируется как альтернатива SystemVerilog.

SystemC — средства разработки на языке C++ для FPGA.

Intel Compiler for SystemC — компилятор компании Intel языка SystemC в SystemVerilog.

Place & Route

nextpnr

nextpnr — универсальная утилита, обеспечивающая этап Place & Route. Поддерживаются следующие чипы: Lattice iCE40, ECP5, Nexus; Gowin; Altera Cyclone V и некоторые другие. Является частью проекта Yosys.

Программаторы

openFPGALoader — универсальная утилита для записи прошивок в FPGA различных производителей, включая Anlogic, Cologne Chip, Efinix, Gowin, Intel (Altera), Lattice, Xilinx.

Проекты поддержки чипов

IceStorm — реверс-инжениринг, документация и примеры для чипов Lattice iCE40. Является частью проекта Yosys.

Apicula — проект, добавляющий к Yosys поддержку чипов компании Gowin семейств LittleBe и Arora.

Trellis — проект, добавляющий к Yosys поддержку чипов Lattice ECP5.

Oxide — проект по добавлению в Yosys поддержки для чипов Lattice Nexus.

Mistral — проект по добавлению к Yosys поддержки чипов Cyclone V.

Управление проектами

PYNQ — полный цикл разработки для чипов Xilinx на языке Python с использованием сервера Jupyter.

F4PGA — управление проектами с использованием только свободного ПО. Разрабатывается CHIPS Alliance.

PyFPGA — управление проектами разработки под FPGA, используя язык Python.

Разное

GTKWave — просмотрщик сигналов, записанных во время симуляции программ на Verilog и VHDL.

netlistsvg — программа построения диаграммы связей между электронными компонентами на основе файла netlist, сгенерированного Yosys.

Сводная таблица свободных инструментов

Для удобства и оценки масштаба составил сводную таблицу, упорядочив по количеству звёзд на GitHub на момент написания статьи.

Как мы видим, свободно-распространяемых инструментов набралось немало, а здесь перечислены не все. Эти инструменты покрывают возможно не все, но самые основные потребности разработчиков под FPGA. При этом они нетребовательны к ресурсам, работают в различных операционных системах и постоянно развиваются. И главное: они не привязаны к производителям чипов и могут использоваться с различными из них, хотя и не со всеми.

А какие свободные инструменты для FPGA используете вы? Пишите в комментариях?

(c) Симоненко Евгений, 2025