EDA Tools MCP Server

Implementierung des Papers: MCP4EDA: LLM-Powered Model Context Protocol RTL-to-GDSII Automation with Backend Aware Synthesis Optimization

Ein umfassender Model Context Protocol (MCP)-Server, der die Integration von Electronic Design Automation (EDA)-Tools für KI-Assistenten wie Claude Desktop und Cursor IDE bereitstellt. Dieser Server ermöglicht es der KI, Verilog-Synthese, Simulation, ASIC-Design-Flows und Wellenformanalysen über eine einheitliche Schnittstelle durchzuführen.

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Demo

https://github.com/user-attachments/assets/65d8027e-7366-49b5-8f11-0430c1d1d3d6

EDA MCP Server-Demonstration mit Verilog-Synthese, Simulation und ASIC-Design-Flow

Funktionen

• Verilog-Synthese: Synthetisieren von Verilog-Code mit Yosys für verschiedene FPGA-Ziele (generic, ice40, xilinx)

• Verilog-Simulation: Simulation von Designs mit Icarus Verilog mit automatisierter Testbench-Ausführung

• Wellenform-Anzeige: Starten von GTKWave zur VCD-Dateivisualisierung und Signalanalyse

• ASIC-Design-Flow: Vollständiger RTL-to-GDSII-Flow mit OpenLane unter Verwendung von Docker-Integration

• Layout-Anzeige: Öffnen von GDSII-Dateien in KLayout zur physischen Design-Inspektion

• Berichtsanalyse: Lesen und Analysieren von OpenLane-Berichten für PPA-Metriken und Qualitätsbewertung des Designs

Voraussetzungen

Bevor Sie diesen MCP-Server verwenden, müssen Sie die folgenden EDA-Tools installieren:

1. Yosys (Verilog-Synthese)

macOS (Homebrew):

brew install yosys

Ubuntu/Debian:

sudo apt-get update
sudo apt-get install yosys

Aus dem Quellcode:

# Install prerequisites
sudo apt-get install build-essential clang bison flex \
    libreadline-dev gawk tcl-dev libffi-dev git \
    graphviz xdot pkg-config python3 libboost-system-dev \
    libboost-python-dev libboost-filesystem-dev zlib1g-dev

# Clone and build
git clone https://github.com/YosysHQ/yosys.git
cd yosys
make -j$(nproc)
sudo make install

Alternative - OSS CAD Suite (Empfohlen): Laden Sie die vollständige Toolchain herunter von: https://github.com/YosysHQ/oss-cad-suite-build/releases

2. Icarus Verilog (Simulation)

macOS (Homebrew):

brew install icarus-verilog

Ubuntu/Debian:

sudo apt-get install iverilog

Windows: Laden Sie den Installer herunter von: https://bleyer.org/icarus/

3. GTKWave (Wellenform-Viewer)

Direkte Downloads (Empfohlen):

• Windows: Download von SourceForge

• macOS: Download von SourceForge oder verwenden Sie Homebrew: brew install --cask gtkwave

• Linux: Download von SourceForge oder verwenden Sie den Paketmanager: sudo apt-get install gtkwave

Alternative Installationsmethoden:

# macOS (Homebrew)
brew install --cask gtkwave

# Ubuntu/Debian
sudo apt-get install gtkwave

# Build from source (all platforms)
git clone https://github.com/gtkwave/gtkwave.git
cd gtkwave
meson setup build && cd build && meson install

4. Docker Desktop (Empfohlen für OpenLane)

Direkte Downloads:

• Windows: Docker Desktop für Windows herunterladen

• macOS: Docker Desktop für Mac herunterladen oder brew install --cask docker

• Linux: Docker Desktop für Linux herunterladen

Installation:

1. Laden Sie Docker Desktop von der offiziellen Website herunter und installieren Sie es

2. Starten Sie Docker Desktop und stellen Sie sicher, dass es läuft

3. Überprüfen Sie die Installation: docker run hello-world

Hinweis: Docker Desktop enthält Docker Engine, Docker CLI und Docker Compose in einem Paket.

5. OpenLane (ASIC-Design-Flow)

Einfache Installationsmethode (Empfohlen):

# Install OpenLane via pip
pip install openlane

# Pull the Docker image
docker pull efabless/openlane:latest

# Verify installation
docker run hello-world

Anwendungsbeispiel:

# Create project directory
mkdir -p ~/openlane-projects/my-design
cd ~/openlane-projects/my-design

# Create Verilog file (counter example)
cat > counter.v << 'EOF'
module counter (
    input wire clk,
    input wire rst,
    output reg [7:0] count
);
    always @(posedge clk or posedge rst) begin
        if (rst)
            count <= 8'b0;
        else
            count <= count + 1;
    end
endmodule
EOF

# Create configuration file
cat > config.json << 'EOF'
{
    "DESIGN_NAME": "counter",
    "VERILOG_FILES": ["counter.v"],
    "CLOCK_PORT": "clk",
    "CLOCK_PERIOD": 10.0
}
EOF

# Run the RTL-to-GDSII flow
python3 -m openlane --dockerized config.json

Hauptvorteile:

• Das --dockerized-Flag handhabt alle Tool-Abhängigkeiten automatisch über Docker

6. KLayout (Layout-Viewer)

Direkte Downloads (Empfohlen):

• Windows: KLayout für Windows herunterladen

• macOS: KLayout für macOS herunterladen oder brew install --cask klayout

• Linux: KLayout für Linux herunterladen oder sudo apt install klayout

Alternative Installation:

# macOS (Homebrew)
brew install --cask klayout

# Ubuntu/Debian
sudo apt install klayout

Installation

1. Klonen und Erstellen des MCP-Servers

git clone https://github.com/NellyW8/mcp-EDA
cd mcp-EDA
npm install
npm run build
npx tsc   

2. Projektstruktur

mcp-EDA/
├── src/
│   └── index.ts          # Main server code
├── build/
│   └── index.js          # Compiled JavaScript
├── package.json
├── tsconfig.json
└── README.md

Konfiguration

Docker Desktop MCP-Integration

Diese Methode verwendet die integrierte MCP-Erweiterung von Docker Desktop für die einfachste Einrichtung.

Voraussetzungen

• Docker Desktop 4.39.0+ installiert und laufend

• Claude Desktop installiert

Einrichtungsschritte

1. Docker Desktop-Erweiterung installieren:

   • Starten Sie Docker Desktop

   • Gehen Sie im linken Menü auf "Extensions"

   • Suchen Sie nach "AI Tools" oder "Docker MCP Toolkit"

   • Installieren Sie die Erweiterung "Labs: AI Tools for Devs"

2. Docker MCP-Verbindung konfigurieren:

   • Öffnen Sie die installierte Erweiterung "Labs: AI Tools for Devs"

   • Klicken Sie auf das Zahnradsymbol in der oberen rechten Ecke

   • Wählen Sie den Tab "MCP Clients"

   • Klicken Sie auf "Connect" für "Claude Desktop" oder "Cursor IDE"

   Dies konfiguriert Claude Desktop und Cursor IDE automatisch mit:

   {
     "mcpServers": {
       "MCP_DOCKER": {
         "command": "docker",
         "args": [
           "run",
           "-i",
           "--rm",
           "alpine/socat",
           "STDIO",
           "TCP:host.docker.internal:8811"
         ]
       }
     }
   }

Cursor IDE-Einrichtung

1. Fügen Sie Ihren EDA MCP-Server hinzu:

   • Suchen Sie Ihre Claude Desktop-Konfigurationsdatei, Einstellungen > Entwickler > Konfiguration bearbeiten:

     • macOS: ~/Library/Application Support/Claude/claude_desktop_config.json

     • Windows: %APPDATA%\Claude\claude_desktop_config.json

   • Fügen Sie Ihren EDA-Server zur bestehenden Konfiguration hinzu:

   {
     "mcpServers": {
       "MCP_DOCKER": {
         "command": "docker",
         "args": [
           "run",
           "-i",
           "--rm",
           "alpine/socat",
           "STDIO",
           "TCP:host.docker.internal:8811"
         ]
       },
       "eda-mcp": {
         "command": "node",
         "args": [
           "/absolute/path/to/your/eda-mcp-server/build/index.js"
         ],
         "env": {
           "PATH": "/usr/local/bin:/opt/homebrew/bin:/usr/bin:/bin",
           "HOME": "/your/home/directory"
         }
       }
     }
   }

2. Starten Sie Claude Desktop neu und überprüfen Sie in Einstellungen > Entwickler, ob beide Server laufen.

Cursor IDE-Einrichtung

1. Cursor-Einstellungen öffnen:

   • Drücken Sie Strg + Umschalt + P (Windows/Linux) oder Cmd + Umschalt + P (macOS)

   • Suchen Sie nach "Cursor Settings"

   • Navigieren Sie in der Seitenleiste zu "MCP"

2. MCP-Server hinzufügen: Klicken Sie auf "Add new MCP server" und konfigurieren Sie:

    {
     "mcpServers": {
       "MCP_DOCKER": {
         "command": "docker",
         "args": [
           "run",
           "-i",
           "--rm",
           "alpine/socat",
           "STDIO",
           "TCP:host.docker.internal:8811"
         ]
       },
       "eda-mcp": {
         "command": "node",
         "args": [
           "/absolute/path/to/your/eda-mcp-server/build/index.js"
         ],
         "env": {
           "PATH": "/usr/local/bin:/opt/homebrew/bin:/usr/bin:/bin",
           "HOME": "/your/home/directory"
         }
       }
     }
   }

3. MCP-Tools aktivieren:

   • Gehen Sie zu Cursor-Einstellungen → MCP

   • Aktivieren Sie den "eda-mcp"-Server

   • Der Serverstatus sollte sich auf "Connected" ändern

Anwendungsbeispiele

1. Verilog-Synthese

Ask Claude: "Can you synthesize this counter module for an ice40 FPGA?"

module counter(
    input clk,
    input rst,
    output [7:0] count
);
    reg [7:0] count_reg;
    assign count = count_reg;
    
    always @(posedge clk or posedge rst) begin
        if (rst)
            count_reg <= 8'b0;
        else
            count_reg <= count_reg + 1;
    end
endmodule

2. Verilog-Simulation

Ask Claude: "Please simulate this adder with a testbench"

// Design
module adder(
    input [3:0] a,
    input [3:0] b,
    output [4:0] sum
);
    assign sum = a + b;
endmodule

// Testbench will be generated automatically or you can provide one

3. ASIC-Design-Flow

Ask Claude: "Run the complete ASIC flow for this design with a 10ns clock period"

module simple_cpu(
    input clk,
    input rst,
    input [7:0] data_in,
    output [7:0] data_out
);
    // Your RTL design here
endmodule

Was Sie nach Abschluss erhalten:

• runs/RUN_*/final/gds/design.gds - Finales GDSII-Layout

• runs/RUN_*/openlane.log - Vollständiges Ausführungsprotokoll

• runs/RUN_*/reports/ - Berichte zur Timing-, Flächen- und Leistungsanalyse

• Alle Zwischenergebnisse (DEF-Dateien, Netzlisten, etc.)

4. Wellenformanalyse

Ask Claude: "View the waveforms from the simulation with project ID: abc123"

Fehlerbehebung

Häufige Probleme

1. MCP-Server nicht erkannt:

   • Überprüfen Sie den absoluten Pfad in der Konfiguration

   • Stellen Sie sicher, dass Node.js installiert und zugänglich ist

   • Starten Sie Claude Desktop/Cursor nach Konfigurationsänderungen neu

2. Docker-Berechtigungsfehler:

   sudo groupadd docker
   sudo usermod -aG docker $USER
   sudo reboot

3. Fehler "Tool nicht gefunden":

   • Überprüfen Sie, ob die Tools installiert sind: yosys --version, iverilog -V, gtkwave --version

   • Überprüfen Sie die PATH-Umgebungsvariable in der MCP-Konfiguration

   • Stellen Sie unter macOS sicher, dass Homebrew-Pfade enthalten sind: /opt/homebrew/bin

4. OpenLane-Zeitüberschreitung:

   • Der Server hat eine 10-minütige Zeitüberschreitung für OpenLane-Flows

   • Erwägen Sie bei komplexen Designs eine Vereinfachung oder die Durchführung mehrerer Iterationen

5. GTKWave/KLayout GUI-Probleme:

   • Unter macOS: GTKWave/KLayout erfordern möglicherweise eine manuelle Genehmigung in den Sicherheits- & Datenschutzeinstellungen

   • Unter Linux: Stellen Sie sicher, dass X11-Weiterleitung funktioniert, wenn Sie Remote-Systeme verwenden

   • Unter Windows: Stellen Sie sicher, dass GUI-Anwendungen über die Befehlszeile gestartet werden können

Debugging

1. MCP-Server-Protokolle prüfen:

   • Claude Desktop: ~/Library/Logs/Claude/mcp*.log (macOS)

   • Cursor: Überprüfen Sie das MCP-Einstellungsfenster auf Fehlermeldungen

2. Tools manuell testen:

yosys -help
iverilog -help
docker run hello-world
gtkwave --version
klayout -v

3. Node.js-Umgebung überprüfen:

node --version
npm --version

Support

Bei Problemen und Fragen:

• Überprüfen Sie den Abschnitt zur Fehlerbehebung oben

• Überprüfen Sie die MCP-Server-Protokolle

• Testen Sie einzelne Tools manuell

• Eröffnen Sie ein Issue mit detaillierten Fehlermeldungen und Umgebungsinformationen

Hinweis: Dieser MCP-Server erfordert die lokale Installation von EDA-Tools. Der Server fungiert als Brücke zwischen KI-Assistenten und Ihrer lokalen EDA-Toolchain und ermöglicht anspruchsvolle Hardware-Design-Workflows durch Interaktion in natürlicher Sprache.

Zitieren

@misc{wang2025mcp4edallmpoweredmodelcontext,
      title={MCP4EDA: LLM-Powered Model Context Protocol RTL-to-GDSII Automation with Backend Aware Synthesis Optimization}, 
      author={Yiting Wang and Wanghao Ye and Yexiao He and Yiran Chen and Gang Qu and Ang Li},
      year={2025},
      eprint={2507.19570},
      archivePrefix={arXiv},
      primaryClass={cs.AR},
      url={https://arxiv.org/abs/2507.19570}, 
}