Curso FPGA y VHDL – Construya un controlador LED matriz de puntos desde cero

Me complace compartir que el curso de VHDL y FPGA que he estado desarrollando durante los últimos seis meses está cerca de completarse. Actualmente en beta, se lanzará oficialmente este otoño.

¿Para quién es el curso?

Este programa está diseñado para desarrolladores que ya conocen otros lenguajes de programación pero son nuevos en VHDL y FPGAs. Le lleva de nivel principiante o intermedio a dominar construcciones avanzadas de VHDL.

Es ideal para ingenieros de software profesionales encargados de desarrollo FPGA, así como para estudiantes y freelancers que exploran diseño de hardware o consideran un cambio de carrera a ingeniería FPGA.

Cualquiera con habilidades básicas de programación se beneficiará de nuestro enfoque práctico. Construimos un producto real y físico desde cero y recorremos cada paso que yo daría como ingeniero FPGA.

El Proyecto

Curso FPGA y VHDL – Construya un controlador LED matriz de puntos desde cero

Nuestro producto final es un controlador de display LED matriz de puntos. Los LEDs matriz de puntos son comunes en grandes vallas publicitarias exteriores y displays de información, y han aparecido históricamente en dispositivos como relojes digitales y máquinas expendedoras.

Siéntase libre de completar el curso usando solo simulación; no se requiere hardware ni placa FPGA. Sin embargo, el curso también proporciona todos los detalles necesarios para prototipar su propio diseño.

El Kit de Evaluación FPGA Lattice iCEstick impulsa este curso. La placa de $25 alberga un FPGA iCE40‑HX1K con 1280 elementos lógicos y 64 KB de RAM de bloques—capacidad suficiente para nuestra aplicación. El iCEstick se enchufa directamente en una protoboard, que usamos para el prototipo.

El FPGA controlará un display LED matriz de puntos de 8×8 con 64 LEDs. La RAM de bloques almacena los datos de píxeles para cada carácter ASCII.

Transmitirá texto al FPGA a través del conector USB en la placa. El texto aparece en el display mientras escribe en un terminal serie, y el FPGA eco los caracteres de vuelta usando un transceptor UART que diseñamos en clase.

Consulte la Lista de Materiales para todos los componentes, consumibles y herramientas requeridos para construir el prototipo.

Estructura del Curso

El currículo comprende 120 conferencias en video a lo largo de 17 secciones, cada una con un promedio de 10 minutos. Temas complejos se dividen en múltiples lecciones concisas para mantener el material digerible. Cada sección se centra en un módulo VHDL, testbench o concepto central de FPGA, con explicaciones exhaustivas y sin omisiones.

La sección inicial Getting Started cubre instalación de software y configuración del entorno. La siguiente sección presenta la placa Lattice iCEstick, el esquema analógico del display matriz de puntos y la circuitería de soporte.

Cada sesión de codificación va acompañada de comentarios en vivo para que pueda seguir la progresión—incluso si su experiencia en VHDL es mínima. Mapeo el código a conceptos familiares de otros lenguajes de programación.

Usamos Visual Studio Code con un plugin VHDL. VSCode es un editor ampliamente adoptado y gratuito, y los snippets del plugin aceleran la codificación repetitiva sin sacrificar el aprendizaje.

Tras cada módulo, sintetizamos el código VHDL y revisamos el esquemático resultante. Estas conferencias finales le enseñan a interpretar la transformación de código a lógica digital.

El curso enfatiza prácticas sólidas de diseño VHDL. Al crear testbenches en cada nivel de jerarquía, evita los problemas de prueba y error que afligen a muchos proyectos de aficionados. El currículo cubre testbenches profesionales auto-comprobables.

ModelSim PE Student Edition, el simulador VHDL estándar de la industria, es gratuito para estudiantes y se usa en todo el curso. Todo el otro software—incluyendo Synplify Pro y Lattice iCEcube2—también está disponible gratuitamente para uso educativo.

Concluimos ensamblando el prototipo físico en una protoboard y programando el FPGA. El "momento de la verdad" llega cuando conecta la placa a su computadora vía USB, escribe en la terminal y ve los caracteres iluminarse en el display matriz de puntos.

Una verificación rigurosa hace que la resolución de problemas sea mucho más simple que lidiar con un chip que no responde—un problema común en trabajos FPGA DIY.