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Utiliser UNISIM avec GHDL et CocoTB

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Les constructeurs de FPGA fournissent des modèles VHDL de leurs primitives. Chez Xilinx cela se présente sous la forme d’une librairie nommée UNISIM.

Le logiciel libre de simulation GHDL n’inclut pas les sources VHDL de cette librairie dans son dépôt officiel car ça n’est pas sa propriété. Cependant, GHDL fourni des scripts permettant de les pré-compiler pour son projet.

Nous allons voir ici comment se servir des primitives disponible dans vivado avec une simulation utilisant CocoTB.

Les sources des primitives se trouvent dans le répertoire d’installation de Vivado

data/vhdl/src/unisims/

Pour les retrouver on peut utiliser la commande fd-find comme ceci :

$ fd unisim -e vhd
Vitis/2021.2/scripts/rt/data/unisim_VCOMP.vhd
Vitis/2021.2/scripts/rt/data/unisim_VCOMP_8h.vhd
Vitis/2021.2/scripts/rt/data/unisim_VCOMP_diablo.vhd
Vitis/2021.2/scripts/rt/data/unisim_VCOMP_e.vhd
Vitis/2021.2/scripts/rt/data/unisim_VPKG.vhd
Vivado/2021.2/data/vhdl/src/unisims/unisim_VCOMP.vhd
Vivado/2021.2/data/vhdl/src/unisims/unisim_VPKG.vhd
Vivado/2021.2/data/vhdl/src/unisims/unisim_retarget_VCOMP.vhd
Vivado/2021.2/ids_lite/ISE/vhdl/src/unisims/unisim_VCOMP.vhd
Vivado/2021.2/ids_lite/ISE/vhdl/src/unisims/unisim_VPKG.vhd
Vivado/2021.2/scripts/rt/data/unisim_VCOMP.vhd
Vivado/2021.2/scripts/rt/data/unisim_VCOMP_8h.vhd
Vivado/2021.2/scripts/rt/data/unisim_VCOMP_diablo.vhd
Vivado/2021.2/scripts/rt/data/unisim_VCOMP_e.vhd

# et pour unimacro :
$ fd unimacro -e vhd
Vitis/2021.2/scripts/rt/data/unimacro_VCOMP.vhd
Vivado/2021.2/data/vhdl/src/unimacro/unimacro_VCOMP.vhd
Vivado/2021.2/ids_lite/ISE/vhdl/src/unimacro/unimacro_VCOMP.vhd
Vivado/2021.2/scripts/rt/data/unimacro_VCOMP.vhd$ fd unimacro -e vhd
Vitis/2021.2/scripts/rt/data/unimacro_VCOMP.vhd
Vivado/2021.2/data/vhdl/src/unimacro/unimacro_VCOMP.vhd
Vivado/2021.2/ids_lite/ISE/vhdl/src/unimacro/unimacro_VCOMP.vhd
Vivado/2021.2/scripts/rt/data/unimacro_VCOMP.vhd
$ fd unimacro -e vhd
Vitis/2021.2/scripts/rt/data/unimacro_VCOMP.vhd
Vivado/2021.2/data/vhdl/src/unimacro/unimacro_VCOMP.vhd
Vivado/2021.2/ids_lite/ISE/vhdl/src/unimacro/unimacro_VCOMP.vhd
Vivado/2021.2/scripts/rt/data/unimacro_VCOMP.vhd

On s’assure d’avoir la variable d’environnement XILINX_VIVADO bien configurée :

$ export XILINX_VIVADO=/opt/Xilinx/Vivado/2021.2/Vivado/2021.2/
$ echo $XILINX_VIVADO
/opt/Xilinx/Vivado/2021.2/Vivado/2021.2/

Il peut être intéressant de mettre les librairies compilé à cet endroit pour y faire référence depuis tous ses projets ensuite :

cd data/vhdl
mkdir ghdl
cd ghdl
/usr/local/lib/ghdl/vendors/compile-xilinx-vivado.sh -all --vhdl2008
[...]

Pour compiler la librairie unisim pour vivado on utilisera le script suivant :

/usr/local/lib/ghdl/vendors/compile-xilinx-vivado.sh -a --vhdl2008
Loading environment...
Not all Xilinx primitives are VHDL-2008 compatible! Setting CONTINUE_ON_ERROR to TRUE.
Analyzing library 'unisim'...
Creating VHDL Library 'unisim'...
Analyzing files into library 'unisim'...
  WARNING: /opt/Xilinx/Vivado/2020.2/data/vhdl/src/unisims/primitive/SYSMONE4.vhd:1536:44:warning: prefix of array attribute must be an object name [-Wattribute]
SCRIPT ERROR: Unfiltered line
v_str_time_length := time'image(now)'length;
SCRIPT ERROR: Unfiltered line
^
  Warnings detected by filtering script.
Analyzing library 'secureip'...
Creating VHDL Library 'secureip'...
Analyzing files into library 'secureip'...
Analyzing library 'unimacro'...
Creating VHDL Library 'unimacro'...
Analyzing files into library 'unimacro'...
Analyzing library 'unifast'...
Creating VHDL Library 'unifast'...
Analyzing files into library 'unifast'...
Analyzing library 'secureip'...
Creating VHDL Library 'secureip'...
Analyzing files into library 'secureip'...
  WARNING: /opt/Xilinx/Vivado/2020.2/data/vhdl/src/unifast/secureip/GTHE2_CHANNEL.vhd:29:1:warning: entity "gthe2_channel" was also defined in file "/opt/Xilinx/Vivado/2020.2/data/vhdl/src/unisims/secureip/GTHE2_CHANNEL.vhd" [-Wlibrary]
SCRIPT ERROR: Unfiltered line
library IEEE;
SCRIPT ERROR: Unfiltered line
^
  Warnings detected by filtering script.
  WARNING: /opt/Xilinx/Vivado/2020.2/data/vhdl/src/unifast/secureip/GTXE2_CHANNEL.vhd:34:1:warning: entity "gtxe2_channel" was also defined in file "/opt/Xilinx/Vivado/2020.2/data/vhdl/src/unisims/secureip/GTXE2_CHANNEL.vhd" [-Wlibrary]
SCRIPT ERROR: Unfiltered line
library IEEE;
SCRIPT ERROR: Unfiltered line
^
  Warnings detected by filtering script.
--------------------------------------------------------------------------------
Compiling Xilinx Vivado libraries [SUCCESSFUL]

La compilation prend un temps infini, compter au moins 5 minutes sur un PC muni de 16 cœurs. Il suffira ensuite d’ajouter les lignes suivantes à son makefile CocoTB :


EXTRA_ARGS+=--std=08
EXTRA_ARGS+=-frelaxed-rules

UNISIMDIR=$(VIVADODIR)/data/vhdl/ghdl/xilinx-vivado/unisim/v93
EXTRA_ARGS=-P$(UNISIMDIR)
...
EXTRA_ARGS=-P$(UNIMACRODIR)

Et roulez jeunesse.