Vivado는 FPGA의 IDE로, Verilog 또는 VHDL 언어로 작성한 코드를 시뮬레이션하고 합성하며, 최종적으로 FPGA에 탑재할 수 있는 bitstream 파일을 추출할 수 있습니다. FPGA 칩 제조사는 주로 Xilinx와 Intel(Altera 인수)이 있으며, Vivado는 Xilinx사의 칩을 사용할 때만 사용 가능합니다.
Flow Navigator 단계별 정리
Vivado의 Flow Navigator는 프로젝트를 bitstream 파일로 변환하는 과정을 단계별로 안내합니다. 각 단계의 기능을 아래에 정리해보았습니다.
1) Project Manager
프로젝트 관리 및 소스 코드, Xilinx IP 관리 등을 할 수 있는 설정 탭입니다. 프로젝트 관련 설정을 모두 관리하며, 코드와 IP 리소스를 체계적으로 정리할 수 있습니다.
2) IP Integrator
IP Integrator는 다양한 IP를 사용하여 블록 다이어그램으로 전체 디자인을 구성하는데 사용됩니다. 블록 기반으로 설계를 직관적으로 구성할 수 있어 복잡한 디자인을 효율적으로 구축할 수 있습니다.
3) Simulation
코드 작성 후, RTL 시뮬레이션을 통해 설계된 코드가 의도한 대로 동작하는지 검증합니다. 이 단계는 FPGA 개발에서 가장 빈번하게 사용되는 기능 중 하나입니다.
4) RTL Analysis
Vivado는 RTL 코드를 자동으로 분석하여 Schematic(회로도)를 생성하고, DRC(Design Rule Check)를 통해 설계 취약점을 점검합니다. 회로가 예상대로 작동하지 않을 때, DRC에서 경고를 미리 확인해보는 것이 문제 해결에 유용합니다.
5) Synthesis
시뮬레이션과 DRC 체크가 끝난 후, Synthesis(합성) 단계를 거칩니다. 이 단계는 RTL 코드를 FPGA 내부의 LUT와 모듈에 맞춰 게이트 레벨로 변환하는 작업입니다. 기본적인 타이밍 체크도 수행됩니다.
6) Implementation
합성 단계 이후, 구현(Implementation) 단계를 통해 논리 게이트와 실제 FPGA 소자 간의 물리적 매핑을 수행합니다. 이 과정에서는 게이트를 FPGA 셀에 매핑하고 외부 핀에 연결하는 작업도 진행됩니다.
7) Program and Debug
모든 단계가 완료되면 bitstream 파일을 생성하여 FPGA에 업로드합니다. Program and Debug 단계에서 bitstream을 실제 FPGA에 올려 최종적인 테스트와 디버깅을 수행할 수 있습니다.
주요 파일 종류
FPGA 설계 시 사용되는 주요 파일 형식을 아래와 같이 정리하였습니다.
- FPGA 설계 코드: .v (Verilog), .vhd (VHDL)
- FPGA 시뮬레이션 코드: .v (Verilog - Test bench)
- 환경 설정 파일: .tcl
- FPGA 핀 및 타이밍 정보: .xdc
이처럼 Vivado의 다양한 기능을 활용하면 FPGA 설계를 단계적으로 진행하고 최종적으로 FPGA에 최적화된 코드를 구현할 수 있습니다. Vivado는 Xilinx FPGA를 위한 필수적인 툴로, 각 단계의 기능을 효과적으로 활용하면 효율적인 FPGA 설계를 가능하게 합니다.