VeryGA - Interface Modular VGA para Simulação de Verilog

Abstract

O ensino de Verilog com FPGAs apresenta diversos desafios. Entre eles, destacam-se a complexidade das ferramentas comerciais, o acesso limitado às placas físicas, a própria linguagem de descrição de hardware e a necessidade de simulações com depuração por meio de formas de onda. Uma estratégia eficaz para motivar os estudantes a superar essas barreiras é o desenvolvimento de jogos e aplicações gráficas, cujos resultados podem ser verificados visualmente, promovendo o aprendizado de programação em nível intermediário a avançado. Neste trabalho, apresentamos o VeryGA, uma ferramenta modular que integra simulações em Verilog com entradas via teclado ou mouse e saída em um emulador de sinais VGA, possibilitando visualização gráfica em tempo real. Ao oferecer um ambiente intuitivo e interativo, o VeryGA auxilia iniciantes a compreender melhor e documentar seus projetos de sistemas computacionais em Verilog com saída VGA, reduzindo a curva de aprendizado e promovendo a construção colaborativa de um conjunto de exemplos. A solução é executada inteiramente no navegador por meio do Google Colab, configurado com o simulador Verilator e o CMake, utilizando uma versão em WebAssembly para alcançar desempenho próximo ao tempo real. Diversos exemplos são apresentados para ilustrar os recursos do ambiente desenvolvido. O código emulado é sintetizável, validado em placas FPGA reais, e pode ser executado nelas sem alterações. Outra contribuição é demonstrar que, mesmo em um ambiente virtualizado na nuvem, é possível obter taxas de quadros por segundo próximas a uma execução em tempo real.