Wenzel Labs lanza bare_metal, una plataforma FPGA de hardware abierto con interacción de bitstreams

bare_metal es una nueva propuesta de hardware que Wenzel Labs ha lanzado para facilitar el acceso al campo de los FPGAs. Diseñada como una placa de desarrollo de estilo insignia, su enfoque de hardware abierto la posiciona como una herramienta para la iniciación en la programación de FPGAs y en lenguajes de descripción de hardware.

El núcleo de la placa es un FPGA Lattice Semiconductor iCE40 UltraPlus iCE40UP5k, que dispone de 5.280 tablas de búsqueda (LUTs) de cuatro entradas, 80KB (10kB) de memoria de doble puerto integrada y 1Mb (0.125MB) de memoria de puerto único integrada. Este componente es fundamental para las capacidades de procesamiento y personalización del hardware.

El diseño físico de bare_metal permite su uso portátil, con un formato de insignia y ranuras para acoplar un cordón. Se alimenta mediante una batería de polímero de litio, idéntica a la utilizada en los controladores de PlayStation 5 de Sony, alojada en la parte trasera para uso en movimiento. La placa incluye en su frontal cinco interruptores configurados en estilo D-pad, un botón de "disparo" y una matriz de 16×8 LEDs RGB. Además, incorpora un conector PMOD para expansión, un puerto USB Tipo-C para alimentación y datos, y una ranura para soporte de escritorio. En la parte posterior, cuenta con un interruptor de encendido físico, un botón de reinicio y LEDs de estado de batería. Bajo la batería, la placa integra un chip de 8MB de pseudo-RAM estática (PSRAM) para expansión de memoria y 16MB de flash SPI para almacenamiento.

La versatilidad de bare_metal se extiende a la posibilidad de desarrollar diseños sin CPU o integrar CPUs de núcleo blando. Un aspecto distintivo es su capacidad para alojar un cargador de arranque (bootloader) como el primero de hasta cuatro bitstreams, permitiendo que hasta tres bitstreams de usuario se "arranquen" mutuamente. Esta funcionalidad se describe como una "plataforma de investigación transputer", con el potencial de admitir teóricamente "cientos" de bitstreams de usuario, aunque con un enfoque que el desarrollador califica de "hacky pero factible". La placa es compatible con la cadena de herramientas de código abierto Yosys y nextpnr, y puede programarse en lenguajes como Python/Amaranth, Verilog o Spade.

bare_metal está disponible para pedido en la tienda Lectronz de Wenzel Labs, con un precio de 137,61 dólares. Los archivos del proyecto de hardware KiCad y los ejemplos de firmware se encuentran en Codeberg bajo la licencia Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0.

bare_metal es la plataforma ideal para iniciarse en FPGAs y HDL de una u otra índole. Todo de código abierto.

Matthias Wenzel