Videocorso VHDL per FPGA CGFA

Da zero a progettare circuiti digitali in VHDL, simularli gratis con GHDL 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, automazione e informatica, tecnici e appassionati che vogliono progettare hardware digitale con un linguaggio rigoroso, molto usato in Europa

Cosa serve per iniziare

Un computer Windows, Mac o Linux
Nessuna esperienza di programmazione: le basi dei numeri binari le spieghiamo noi
Facoltativo: una scheda FPGA economica; per seguire il corso basta il simulatore

Cosa installare

GHDLSimulatore VHDL gratuito e open source (ghdl.github.io/ghdl). Si usa da terminale; su Windows si installa con il pacchetto pronto o da MSYS2, su Linux dai pacchetti della distribuzione

GTKWaveVisualizzatore gratuito di forme d'onda: legge i file creati da GHDL e mostra i segnali nel tempo

EDA PlaygroundSito gratuito (edaplayground.com) per scrivere e simulare VHDL direttamente nel browser, senza installare nulla; serve una registrazione gratuita per salvare

Un editor di testoVisual Studio Code è gratuito (code.visualstudio.com); cerca un'estensione per VHDL per avere i colori e i suggerimenti

Yosys + nextpnr, Vivado, Quartus (facoltativi)Per programmare una scheda: la catena open source (con il plugin per GHDL) per Lattice iCE40 ed ECP5, oppure gli ambienti ufficiali AMD Vivado e Intel Quartus, con edizioni gratuite per i chip piccoli

A cosa ti serve

Progettista FPGA in spazio, difesa, telecomunicazioni, ferrovie e automotive: in Europa VHDL è molto diffuso
Elettronica industriale e strumentazione: acquisizione dati, controllo motori, interfacce
Ricerca scientifica e università
Verifica e collaudo di sistemi digitali
Prototipazione di prodotti elettronici

Programma del corso

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

Base

Entity, architecture, segnali e primi circuiti

1Cos'è VHDL e il tuo primo circuitoCapire che VHDL descrive hardware, installare GHDL e simulare una porta AND con entity, architecture e testbench.Gratis25 min 2Tipi, vettori e numeriUsare std_logic, std_logic_vector e unsigned, scrivere letterali binari ed esadecimali e convertire tra tipi.Gratis25 min 3Logica combinatoria: when, with select e processDescrivere multiplexer, decoder e comparatori con assegnamenti condizionali e con process combinatori senza latch.30 min 4Logica sequenziale: clock, flip-flop e contatoriDescrivere circuiti con memoria con process sensibile al clock, rising_edge e reset.35 min

Intermedio

Testbench, macchine a stati e componenti riutilizzabili

1Testbench seri, assert e forme d'ondaScrivere testbench che si controllano da soli con assert, e salvare le forme d'onda per GTKWave.30 min 2Macchine a stati finitiProgettare un controllore a stati, come un semaforo, con tipo enumerato, registro di stato, prossimo stato e uscite.35 min 3Generic, componenti e generateRiutilizzare i blocchi con generic, collegarli in un progetto gerarchico e generare strutture ripetute con for generate.30 min

Avanzato

Pacchetti, verifica professionale e passaggio alla FPGA

1Pacchetti, funzioni, record e arrayOrganizzare i progetti con package, funzioni, costanti, record e tabelle, e usare le novità di VHDL-2008.35 min 2Verifica: procedure, numeri casuali e test automaticiCostruire un testbench auto-controllante con procedure, casi limite e numeri casuali, integrabile in uno script.35 min 3Dal simulatore alla FPGACapire sintesi, vincoli, 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 e azzeramento comandati da pulsanti. Lo descrivi in VHDL con una macchina a stati, lo provi con un testbench auto-controllante in GHDL e, se hai una scheda, lo porti su FPGA con sincronizzatori e antirimbalzo.

I passi

Disegna su carta il diagramma a stati: FERMO e IN_CORSA, con le transizioni comandate dal pulsante start.
Scrivi il divisore di clock che produce un impulso di un secondo partendo dal clock della scheda (usa un generic per la frequenza).
Scrivi il contatore dei secondi (0-59) che avanza solo quando lo stato è IN_CORSA e arriva l'impulso del secondo.
Scrivi la macchina a stati con le tre parti: registro di stato, prossimo stato, uscite.
Scrivi un testbench che usa un clock velocissimo (CLK_HZ piccolo) e controlla con assert che dopo N impulsi il contatore valga N.
Simula con GHDL, salva le onde con --wave e osservale 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.

Vai all'esame

Glossario di VHDL (FPGA)

FPGA: Chip con blocchi logici e collegamenti che si possono configurare per diventare un circuito.
HDL: Linguaggio di descrizione dell'hardware, come VHDL e Verilog.
Entity: La parte di VHDL che dichiara nome e porte di un blocco, visto da fuori.
Architecture: La parte di VHDL che descrive come funziona un blocco.
Segnale: Un filo o un registro di VHDL che porta un valore tra le parti del circuito.
Testbench: Entity di prova, senza porte, che collauda un circuito in simulazione.
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.
Generic: Parametro di un blocco, scelto quando lo si istanzia.
Bitstream: Il file che configura la FPGA dopo sintesi e place and route.

Le prime 2 lezioni sono gratis

Per il corso completo, scuole e aziende: chiedi le condizioni.

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