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fpgaZeroMCP

by lcapossio

fpgaZeroMCP

CI License: MIT Python MCP

一个开源的 Model Context Protocol 服务器,为 AI 助手提供完整的 FPGA 工具链——lint、仿真、综合、布局布线、烧录比特流,以及一个由 GitHub 驱动的实时 IP 核注册表。

你可以让 AI 搜索 IP 核、拉取它们、lint HDL、综合磁盘上的多文件 VHDL 或 Verilog 工程、运行仿真,然后把比特流烧录到你的开发板上——全程无需离开聊天窗口。

功能特性

  • 多语言支持:Verilog、SystemVerilog 和 VHDL(通过 ghdl-yosys-plugin)

  • 三种输入模式:内联 code 字符串、多文件 files 字典,或磁盘上的 project_dir 路径

  • 文件列表支持files.f/sources.f,支持 +incdir++define+ 和嵌套的 -f 指令

  • 开发板预设:11 块内置开发板(iCEBreaker、ULX3S、TinyFPGA BX、Tang Nano 等)——自动设置 target/device/package/clock

  • 约束自动检测:在工程目录中自动查找 .pcf/.lpf/.pdc/.cst

  • 比特流烧录:通过 iceprog(iCE40)或 openFPGALoader(ECP5/Gowin/Nexus/Xilinx)烧录

  • Vivado:通过 start_build 批量运行,Xilinx 构建通过 LiteX,build_status 中结构化解析 Vivado 日志

  • 仿真结果判定:PASS/FAIL/UVM 模式检测,附带 VCD 信号摘要

  • 后台构建:长时间运行的综合/布局布线,支持状态轮询和严格的仅 EDA 命令白名单

  • 并发请求:在慢速工具调用仍在运行时响应 ping、构建状态和取消请求;notifications/cancelled 可中止正在进行的调用

  • 机器可读结果:工具结果上的 structuredContent(MCP 2025-06-18),以及用于重试/回退决策的统一 error_code 分类

  • 进度通知:当客户端发送 progressToken 时,在综合、布局布线和 LiteX 运行的阶段边界发送 notifications/progress

  • IP 核注册表:从 GitHub 实时搜索和导入,支持 FuseSoC CAPI2 元数据

  • 健康检查:发现 OSS CAD Suite 中已安装且可访问的工具


Related MCP server: vivado-mcp-agent

目录


工作原理

MCP 服务器作为本地子进程运行。你的 AI 通过 JSON-RPC(stdio)调用其上的工具。服务器会调用 OSS CAD Suite 中的 Yosys、nextpnr、iverilog、Verilator 等工具——并且可以直接从 GitHub 拉取开源 FPGA IP 核。

Your AI assistant  <-->  fpgaZeroMCP (stdio MCP server)  <-->  OSS tools
                                    |
                           cores/   registry on GitHub
                           (uart_tx, fifo + any imported)

前提条件

要求

说明

Python 3.11+

OSS CAD Suite

一次性打包下载 iverilog、Yosys、nextpnr、Verilator、Verible、GHDL

LiteX + litex-boards

可选——仅在使用 LiteX 工具时需要

安装后,将 OSS CAD Suite 添加到你的 PATH。如果某个工具缺失,所有工具包装器都会优雅降级。

GitHub API 访问

默认情况下,GitHub API 请求未经过身份验证,并受速率限制。设置个人访问令牌可提高限额:

# Linux/macOS
export GITHUB_TOKEN=ghp_...
# Windows (PowerShell)
$env:GITHUB_TOKEN = "ghp_..."

安装

git clone https://github.com/lcapossio/fpgaZeroMCP
cd fpgaZeroMCP
pip install -e .

MCP 客户端配置

Claude Desktop

添加到 claude_desktop_config.json

{
  "mcpServers": {
    "fpgaZeroMCP": {
      "command": "python",
      "args": ["/path/to/fpgaZeroMCP/server.py"],
      "env": { "PYTHONPATH": "/path/to/fpgaZeroMCP" }
    }
  }
}

VS Code (GitHub Copilot)

添加到工作区中的 .vscode/mcp.json

{
  "servers": {
    "fpgaZeroMCP": {
      "type": "stdio",
      "command": "python",
      "args": ["/path/to/fpgaZeroMCP/server.py"],
      "env": { "PYTHONPATH": "/path/to/fpgaZeroMCP" }
    }
  }
}

Cursor / Windsurf

添加到你的 MCP 设置(Settings → MCP Servers):

{
  "fpgaZeroMCP": {
    "command": "python",
    "args": ["/path/to/fpgaZeroMCP/server.py"],
    "env": { "PYTHONPATH": "/path/to/fpgaZeroMCP" }
  }
}

示例提示词

  • "帮我找一个 I2C 主机 IP 核并导入。"

  • "综合 ~/projects/my_fpga 中的 VHDL 文件,并告诉我 LUT 数量。"

  • "对我的工程执行面向 iCEBreaker 开发板的布局布线,然后烧录。"

  • "使用 seed 42 运行布局布线,尝试获得更好的时序。"

  • "对这个 Verilog 执行 lint 并修复所有错误。"

  • "仿真这个 FIFO,并告诉我测试平台是否通过。"

  • "格式化这个 SystemVerilog 文件。"

  • "我安装了哪些 OSS CAD Suite 工具?"


工具

HDL 质量

工具

说明

lint_hdl

通过 iverilog(V/SV)或 GHDL(VHDL)进行语法/错误检查——单文件

lint_project

同时 lint 多个文件,使跨模块引用能够解析

get_diagnostics

结构化的逐行诊断——Verilator → verible 回退(V/SV),GHDL(VHDL)

format_hdl

通过 verible-verilog-format(V/SV)或 vsg(VHDL)自动格式化

设计流程

工具

说明

simulate

编译并运行测试平台——iverilog(V/SV)或 GHDL(VHDL)。接受 codefilesproject_dir。返回判定结果 + VCD 摘要

synthesize

使用 Yosys 综合并给出资源统计。接受 codefilesproject_dir。支持 Verilog、SV、VHDL

place_and_route

一步完成 Yosys + nextpnr。开发板预设、约束自动检测,比特流写入磁盘(bitstream_path

program_fpga

通过 iceprogopenFPGALoader 烧录比特流

list_boards

枚举内置开发板预设(target/device/package/clock)

IP 核注册表

工具

说明

list_ip_cores

浏览本地注册表,按类别筛选

get_ip_core

获取某个 IP 核的清单和 HDL 源码

generate_ip

获取参数化实例化片段 + 源文件

search_github_cores

在 GitHub 上搜索 MIT 许可的 FPGA IP 仓库

import_github_core

将 GitHub 仓库下载到本地注册表

import_fusesoc_core

导入本地 FuseSoC CAPI2 .core 文件

LiteX

工具

说明

litex_build

使用 --build 运行 LiteX 开发板目标

litex_soc

生成 LiteX SoC,不构建 gateware

litex_flow

使用完全自定义的参数运行 LiteX 开发板目标

构建管理

工具

说明

start_build

在后台启动长时间运行的命令(仅限白名单中的 EDA 工具)

build_status

检查进度——状态、已用时间、解析出的阶段/资源利用率/时序

list_builds

列出所有被跟踪的构建(运行中和已完成)

cancel_build

终止正在运行的后台构建

cleanup_build_logs

按年龄和总大小删除旧的构建日志

服务器 / 注册表

工具

说明

check_tools

报告哪些 OSS CAD Suite 工具已安装,含路径和版本

reload_registry

无需重启服务器即可重新扫描 IP 核目录


IP 核注册表

IP 核存放在 cores/<name>/ 中——包含一个 core.json 清单和一个或多个 HDL 文件。服务器在启动时自动发现它们,并在任何导入后重新加载。

内置两个参考 IP 核(uart_txfifo)以演示该格式。注册表并非要在这里增长——它由 GitHub 驱动。

在运行时获取 IP 核

# Find a RISC-V softcore
search_github_cores("riscv softcore", language="verilog")

# Pull it in
import_github_core("YosysHQ/picorv32")

# It is now in the local registry
get_ip_core("picorv32")
generate_ip("picorv32", {"COMPRESSED_ISA": 1})

当仓库中存在 FuseSoC CAPI2 元数据(.core 文件)时,服务器会自动使用它,从而获得更丰富的参数和端口信息。只有具有允许的许可证的仓库才会被接受。

贡献 IP 核

请不要为此仓库提交添加 IP 核的 PR。 而是:

  1. 在 GitHub 上发布你的 HDL 仓库,带上 fpga 主题和 MIT 许可证

  2. 可选:添加 FuseSoC CAPI2 .core 文件以获得更丰富的元数据

  3. 然后任何人都可以直接 import_github_core("you/your-core")

这样可以让服务器保持精简,并让社区在 GitHub 上有机地成长。


综合目标

目标

供应商 / 系列

完整的开源 P&R

ice40

Lattice iCE40

是——nextpnr-ice40

ecp5

Lattice ECP5

是——nextpnr-ecp5

nexus

Lattice Nexus (CrossLink-NX, CertusPro-NX)

是——nextpnr-nexus

gowin

Gowin

是——nextpnr-gowin

xilinx

Xilinx / AMD

仅综合

intel

Intel / Altera

仅综合

generic

与技术无关

仅网表

用于 place_and_route 的常用 device/package 值:

目标

device

package

ice40

hx1k hx8k up5k lp1k

tq144 qn84 sg48 cm81

ecp5

25k 45k 85k

CABGA256 CABGA381

nexus

LIFCL-40-9BG400C

(内嵌在设备字符串中)

gowin

GW1N-UV4LQ144C6/I5

(内嵌在设备字符串中)


LiteX

LiteX 是一个基于 Python 的 SoC 框架,可以面向许多 FPGA 开发板。fpgaZeroMCP 提供了三个专用的 LiteX 工具,并且在 synthesizeplace_and_route 中也接受 backend="litex"

# Dedicated tools
litex_build(board="arty", args=["--build"])
litex_soc(board="arty", args=["--no-compile"])
litex_flow(board="arty", args=["--build", "--output-dir", "build_arty"])

# As a backend in existing flow tools
synthesize(code="...", top_module="top", backend="litex", litex_board="arty")
place_and_route(code="...", top_module="top", target="ice40", device="hx1k",
                backend="litex", litex_board="arty", litex_args=["--build"])

本地 IP 核仓库

你可以通过两种方式将注册表指向你自己的本地 HDL 目录:

环境变量:

Linux/macOS(冒号分隔):

export USERCORES_PATH=/home/you/my-cores:/home/you/work-cores

Windows(分号分隔,PowerShell):

$env:USERCORES_PATH = "C:\Users\you\my-cores;C:\Users\you\work-cores"

配置文件~/.fpgazero_mcp/config.json):

{
  "core_paths": [
    "/home/you/my-cores",
    "/home/you/work-cores"
  ]
}

允许的许可证

默认情况下,import_github_core 接受以下任一 SPDX 许可证的仓库:

MIT, BSD-2-Clause, BSD-3-Clause, Apache-2.0, ISC, GPL-2.0, GPL-3.0, LGPL-2.1, LGPL-3.0

通过 FPGA_ZERO_ALLOWED_LICENSES 环境变量覆盖(逗号分隔的 SPDX ID):

# Linux/macOS
export FPGAZERO_ALLOWED_LICENSES=MIT
export FPGAZERO_ALLOWED_LICENSES=MIT,Apache-2.0
# Windows (PowerShell)
$env:FPGAZERO_ALLOWED_LICENSES = "MIT"
$env:FPGAZERO_ALLOWED_LICENSES = "MIT,Apache-2.0"

许可证 ID 遵循 SPDX 表示法。检查是在导入时进行的;search_github_core 返回结果时不受许可证影响,因此你可以在导入前进行审查。


测试

pip install -e ".[dev]"
python -m pytest tests/ -v

某些测试需要 PATH 中包含 OSS CAD 工具。缺少所需工具的测试会自动跳过。


减小内存占用

服务器通过 stdio 传输以 1 进程/会话 的子进程运行(这就是 MCP 客户端如 Claude Desktop 启动它的方式)。每个会话在 Linux 上闲置时占用约 60-90 MB RSS,主要来自 Python 解释器及依赖库。

如果你运行许多并发 MCP 会话,请在启动 MCP 客户端之前设置以下环境变量:

# Linux — reduces glibc malloc arena fragmentation (can save 10-20 MB per session)
export MALLOC_ARENA_MAX=2

# Strip bytecode position annotations from tracebacks (saves a few MB)
export PYTHONNODEBUGRANGES=1

# Skip .pyc cache files (no memory impact, avoids disk writes)
export PYTHONDONTWRITEBYTECODE=1

这些是零代码更改,并且完全透明。


环境变量

变量

描述

GITHUB_TOKEN

GitHub 个人访问令牌 — 提高 API 速率限制

USERCORES_PATH

额外的内核搜索目录(操作系统路径分隔符分隔)

FPGA_ZERO_ALLOWED_LICENSES

用于 import_github_core 的逗号分隔 SPDX ID(默认:MIT,BSD-2-Clause,BSD-3-Clause,Apache-2.0,ISC,GPL-2.0,GPL-3.0,LGPL-2.1,LGPL-3.0

FPGA_ZERO_TMPDIR

覆盖临时工作区根目录

FPGA_ZERO_DATA_DIR

持久服务器工件(构建日志、XYZ 输出、临时工作区)的根目录(默认:<安装目录>/no_commit

FPGA_ZERO_ALLOWED_DIRS

OS pathsep 分隔的额外目录列表,project_dir 可读取,start_build/place_and_route 可作为 workspace(除了 cwd 和 $HOME


独立 / 脚本模式

Python API 可以直接使用,无需 MCP 客户端:

from registry.resolver import CoreRegistry
from tools.lint import lint_hdl

reg = CoreRegistry()

# Import a core from GitHub
reg.import_github_core("ben-marshall/uart")

# Generate a parameterized instantiation
result = reg.generate_ip("uart", {"CLKS_PER_BIT": 868})
print(result["instantiation"])

# Lint some HDL
lint_hdl(open("my_design.v").read())
python example.py   # runs the built-in demo

core.json schema

{
  "name": "my_core",
  "version": "1.0.0",
  "description": "...",
  "author": "you",
  "license": "MIT",
  "language": "verilog",
  "category": "communication",
  "tags": ["spi", "serial"],
  "parameters": {
    "DATA_WIDTH": { "type": "integer", "default": 8, "description": "..." }
  },
  "ports": {
    "clk": { "direction": "input", "width": 1, "description": "System clock" }
  },
  "files": ["my_core.v"]
}

作者

Leonardo Capo (bard0) — hello@bard0.com

许可证

MIT — 参见 LICENSE

Install Server
A
license - permissive license
A
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B
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Maintenance

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