OpeniCE

来源

开源FPGA应具备几个维度特点：

其中最难弄得就是工具链了，经过长时间查找，终于在GitHub上找到了一个FPGA的开源工具链Yosys，选择的理由如下：

Intel Quartus II （No ）License

Xilinx Vivado ISE (No) License

Lattice Diamond (No) License 注册可以免费申请，但是随时可以收回（一般不会）

Yosys, nextpnr, icestorm, iverilog, symbiflow （YES） 整个工具链开源

支持的硬件：

http://www.clifford.at/icestorm/

折中选择ICE40UP5K-SG48芯片。

为什么选择ICE40系列FPGA呢？

Lattice的iCE40系列芯片在国外很受欢迎，大部分的开发环境都是开源的，不需要担心License所带来的限制，只需要将工具链进行安装之后就可以进行FPGA的开发之路，典型的基于iCE40系列的开源开发板有iCEBreaker、UPduino、BlackIce、iCEstick、TinyFPGA 等。

每个开发版对比如下： 表格来源：https://www.crowdsupply.com/1bitsquared/icebreaker-fpga

	iCEBreaker	TinyFPGA BX	Tomu FPGA	Lattice ICEstick	UPDuino v2.0	ICE40UP5K Breakout	Alhambra II	ICE40HX8K Breakout
License	OSHW	OSHW	OSHW	Closed	Closed	Closed	OSHW	Closed
Price	$65	$38	$??	~$25	$13.99	$49	$59.90	$49
Schematics Published?	Yes	Yes	Not Yet	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
Design files Published?	Yes	Yes	Not Yet	No	Yes	No	Yes	No
FPGA
Model	iCE40UP5K	iCE40LP8K	iCE40UP5K	iCE40HX1K	iCE40UP5K	iCE40UP5K	iCE40HX4K(8K)	iCE40HX8K
Logic Capacity (LUTs)	5280	7680	5280	1280	5280	5280	3520 (7680)	7680
Internal RAM (bits)	120k + 1024k	128k	120k + 1024k	64k	120k + 1024k	120k + 1024k	80k	128k
Multipliers	8	0	8	0	8	8	0	0
Peripherals
USB Interface	FTDI 2232HQ	On FPGA Bootloader	On FPGA Bootloader	FTDI 2232HL	FTDI 232HQ	FTDI 2232HL	FTDI 2232HQ	FTDI 2232HL
USB HS FIFO/SPI interface to the FPGA	Yes through Jumper Mod	No	No	No	No	No	No	No
USB Serial (UART) interface to the FPGA	Yes	No	No	Yes	No	Yes	Yes	Yes
GPIO inline termination resistors	Yes 33 Ohm	No	No	No	No	No	Yes 300 Ohm	No
User IOs	27 + 7	41 + 2	4 + 2	18	34	34 + 2	20	90 + 10
Pmod Connectors	3	0	0	1	0	1	0	0
User Buttons	1 Tact + 3 Tact on Breakoff Pmod	1 CRESET	2 Capacitive	0	0	4 DIP	2 Tact	0
User LED	2 + 5 on Breakoff Pmod	1	0	5	1 RGB	1 RGB	8	8
Indicator LED	PWR, CDONE	PWR			CDONE, FTDI-TX/RX	PWR, CDONE	PWR, CDONE, FTDI-TX/RX	PWR, CDONE
Onboard Clock	12 MHz MEMS Shared with FTDI	16 MHz MEMS	12 MHz MEMS	12 MHz MEMS? Shared with FTDI	12 MHz MEMS? Shared with FTDI	12 MHz MEMS? Shared with FTDI	12 MHz MEMS Shared with FTDI	12 MHz MEMS? Shared with FTDI
Flash	128 Mbit QSPI DDR	8 Mbit SPI	16 Mbit SPI	32 Mbit SPI	32 Mbit SPI	32 Mbit SPI	32 Mbit SPI	32 Mbit SPI
FPGA Power Delivery
Dedicated GND/Power Planes	Yes	Yes	No	Yes	No	Yes	Yes	Yes
Dedicated FPGA Bypass Capacitors	19	8	9	18	2	19	?	?
IO GND Connections	11	6	1	4	3	8	22	20
Software
Open Source Toolchain	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
APIO	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
icestudio	Yes	Yes	Not Yet	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
migen	Yes	Yes	No	Yes	No	Yes	No	Yes

硬件上也可以参考：https://github.com/icebreaker-fpga/icebreaker-examples

其中icebreaker可以直接采购，但是国内买还是偏难，而且价格上也比较贵，综合考虑还是自己参考官方的DEMO和icebreaker自己做，原则上尽量减少改动。

OpenICE介绍

OpenICE 是基于Lattice iCE40UP5k设计的开源FPGA开发板，开发板以Arduino为原型进行设计，资源丰富，板载RGB LED，KEY，TYPE-C-USB, RESET，大部分IO以标准PMOD接口引出，可与标准PMOD外设进行对接，方便日常的开发使用。
板载的调试器以FT2232H为核心设计，支持官方的EDA进行下载调试，同时经过开源工具链ICEProg就可实现轻松实现烧写。FT2232H同时支持虚拟串口和FPGA进行通信。

整版的原理框图如下：

PCB截图如下：

芯片规格

iCE40UP5K-SG48

1. 5280 Logic Cells (4-LUT + Carry + FF)
2. 128 KBit Dual-Port Block RAM
3. 1 MBit (128 KB) Single-Port RAM
4. PLL, Two SPI and two I2C hard IPs
5. Two internal oscillators (10 kHz and 48 MHz)
6. 8 DSPs (16x16 multiply + 32 bit accumulate)
7. 3x 24mA drive and 3x hard PWM IP

硬件说明

iCE40UP5K

1. SPI Flash使用W25Q64（8MB）/W25Q128(16MB)
2. 板载按键开关、LED和RGB LED可用于测试
3. 所有IO以标准PMOD接口引出
4. 板载电源指示灯V8，方便查看整版电源情况

Capable enough to host CPU softcores

• picorv32
• picosoc
• RISC-V and others

开发环境搭建

推荐使用虚拟机镜像进行开发测试，简单方便。
FPGA工具链安装请参考icestorm
gcc工具链安装请参考 riscv-gnu-toolchain

FPGA教程

参考

toolchain

http://www.clifford.at/icestorm/

examples

https://github.com/damdoy/ice40_ultraplus_examples
https://github.com/icebreaker-fpga/icebreaker-examples

SpinalHDL 教程

https://spinalhdl.github.io/SpinalDoc-RTD/SpinalHDL/Getting%20Started/index.html

开源FPGA单板OpenICE介绍

https://github.com/OpenFPGA-ICE/OpenICE/blob/master/README.md