Platine de développement Cora Z7 -07S (base Zynq-7000)

Un cœur ARM Cortex-A9 cadencé à 667 MHz, un tissu logique de classe Artix-7 et deux connecteurs Pmod, sur une platine qui tient dans la paume. La Cora Z7-07S ramène l'architecture Zynq-7000 à un format réellement embarquable. La logique se décrit sous AMD Vivado, le logiciel processeur sous Vitis ou PetaLinux, et un unique port micro-USB assure à la fois l'alimentation, le JTAG et la liaison série de console.

Spécifications visuelles de la platine Cora Z7-07S

Le détail du SoC, de la connectique et de la chaîne d'outils figure ci-dessous.

Spécifications techniques

La carte s'organise autour d'un SoC AMD/Xilinx XC7Z007S-1CLG400C. Ce composant réunit deux mondes sur le même silicium : un Processing System (PS) bâti sur un Cortex-A9 mono-cœur à 667 MHz, doté d'une unité flottante et du moteur SIMD NEON, et une logique programmable (PL) équivalente à un FPGA Artix-7. Côté ressources logiques, on dispose de 14 400 LUT, 28 800 bascules, 3 600 slices, 66 tranches DSP et 225 Ko de Block RAM, avec deux tuiles de gestion d'horloge (2 MMCM et 2 PLL).

La mémoire externe se compose de 512 Mo de DDR3L sur un bus 16 bits à 1050 Mbit/s, pilotée par le contrôleur matériel intégré au PS. Un lecteur microSD complète l'ensemble. Il sert aussi bien de stockage non volatile que de source de démarrage, le mode de boot se choisissant par cavalier entre microSD et JTAG. Le PS reçoit une horloge de 50 MHz, tandis que la logique programmable dispose d'une référence externe de 125 MHz qui lui permet de tourner sans solliciter le processeur.

Pour la communication, la carte embarque un PHY Gigabit Ethernet Realtek RTL8211E-VL relié au PS en RGMII, avec adresse MAC unique fournie sur étiquette, ainsi qu'un PHY USB 2.0 configuré en hôte embarqué. Un circuit FTDI FT2232HQ regroupe la programmation USB-JTAG et le pont USB-UART sur le même connecteur micro-USB. Les deux fonctions restent indépendantes l'une de l'autre.

Les extensions se répartissent en trois zones. Deux connecteurs Pmod de type haute vitesse offrent 16 E/S routées en paires différentielles adaptées en impédance. Un connecteur au format shield Arduino/chipKIT donne accès à un maximum de 49 E/S numériques, dont six entrées analogiques asymétriques 0–3,3 V et huit entrées différentielles 0–1 V dirigées vers le convertisseur XADC interne (deux canaux, 12 bits, 1 Méch/s). Un en-tête d'extension livré non monté expose enfin 12 E/S supplémentaires, que l'on câble soi-même selon les besoins du montage. Deux boutons poussoirs, deux LED RVB, un bouton de reset général et un bouton de reset du sous-système processeur complètent l'interface utilisateur. L'alimentation accepte soit le port USB, soit une source externe de 4,5 à 5,5 V sur jack coaxial 2,1 mm (ou 2,5 mm) à centre positif, la sélection s'opérant par cavalier. Attention sur un point : les broches du connecteur shield ne tolèrent pas les signaux 5 V, ce qui exclut une partie des shields Arduino du marché.

Cora Z7-07S : ce qui la distingue

Face aux autres platines Zynq de la marque, celle-ci mise sur l'encombrement réduit et sur la sobriété. C'est la déclinaison la plus économique de la gamme SoC Digilent, et celle qui se prête le mieux à une intégration dans un montage existant plutôt qu'à un usage de banc.

Le choix du Zynq-7007S mono-cœur demande un mot d'explication. Le PS conserve l'intégralité de ses contrôleurs : Gigabit Ethernet, USB 2.0, SDIO, SPI, UART, CAN, I²C, contrôleur DDR avec ses 8 canaux DMA. Ce qui manque par rapport au 7010, c'est le second cœur Cortex-A9 et un tissu logique environ 1,2 fois plus petit. Pour une application qui exécute un firmware bare-metal ou un Linux monoprocesseur pendant que la logique programmable traite les signaux rapides, l'écart ne se voit pas.

L'autre particularité tient à la philosophie de la gamme Cora : les broches d'extension supplémentaires sont laissées non montées. Sur une carte pédagogique classique, toutes les E/S sont déjà assignées à des périphériques soudés. Ici, on soude ses propres connecteurs sur les points d'accès prévus, ce qui laisse la main sur le routage fonctionnel et évite de payer des périphériques inutiles au projet. La contrepartie se paie ailleurs : sans afficheurs, sans interrupteurs en façade et sans codec audio, la platine est moins immédiate à mettre en œuvre qu'une Basys 3 pour un premier TP de logique combinatoire.

Développer avec la Cora Z7-07S

Le flux de conception repose sur deux outils AMD complémentaires. Vivado prend en charge la description matérielle, la synthèse, le placement-routage et la génération du bitstream destiné à la logique programmable ; l'édition gratuite couvre les composants de cette classe. Vitis intervient ensuite pour le développement applicatif côté processeur, et PetaLinux pour la construction d'une distribution Linux embarquée complète.

Digilent fournit les board files et le fichier de presets Zynq correspondant à la carte. L'apport est concret : configurer à la main un contrôleur DDR3L, les délais de piste et le multiplexage MIO reste un travail fastidieux et propice aux erreurs. En important le preset dans l'IP Processing System de Vivado, on obtient une base fonctionnelle en quelques minutes. Le fichier XDC maître accompagne le tout et documente chaque broche du connecteur shield, des Pmod et de l'en-tête non monté.

La programmation et le débogage passent par le circuit USB-JTAG intégré. Un simple câble micro-USB suffit, sans sonde externe. Le même câble expose un port série virtuel configuré par défaut à 115 200 bauds, bien pratique pour suivre une console de démarrage. Deux modes de boot coexistent : chargement direct depuis l'ordinateur hôte en JTAG pendant les phases de mise au point, ou démarrage autonome depuis une image BOOT.bin placée sur une carte microSD formatée en FAT32. Avec Ethernet et alimentation externe, la carte tourne alors sans PC.

Côté matériel, l'écosystème Pmod de Digilent donne accès à un large catalogue de capteurs, convertisseurs, drivers de moteur et interfaces qui se raccordent sans câblage volant. Le reste de la gamme digilent est visible dans la section des cartes Digilent FPGA et SoC. Une réserve, en revanche : les connecteurs Pmod de cette carte sont du type haute vitesse, câblés avec des shunts 0 ohm au lieu des résistances de protection. Le gain en vitesse de commutation se paie par une absence de protection contre les courts-circuits, à garder en tête lors des manipulations.

Chaîne d'outils logicielle et matérielle de la Cora Z7-07S

Cette combinaison trouve sa place dans plusieurs types de montages.

Cora Z7-07S en pratique : exemples concrets

Découverte de l'architecture Zynq

Passer d'un FPGA pur à un SoC suppose de comprendre le dialogue entre logique programmable et processeur : interconnexion AXI, registres adressables, interruptions, transferts DMA vers la DDR. La carte constitue un support d'apprentissage à coût maîtrisé pour ces notions. Les temps de synthèse restent courts sur un composant de cette taille, ce qui compte quand on itère souvent.

Acquisition analogique lente

Le XADC intégré, associé aux diviseurs résistifs du connecteur shield, numérise jusqu'à six voies asymétriques 0–3,3 V ou huit entrées différentielles 0–1 V. De quoi construire un enregistreur de tensions, surveiller une alimentation ou instrumenter un banc d'essai, en traitant le flux directement dans la logique programmable avant de le remonter au processeur.

Passerelle réseau embarquée

Le PHY Gigabit Ethernet et le contrôleur GEM du PS ouvrent la porte aux applications de collecte et de retransmission de données. Un montage typique fait acquérir un flux rapide par la logique programmable, le met en forme, puis le publie sur le réseau depuis un Linux embarqué. Le lecteur microSD assure le stockage local en cas de coupure de liaison.

Contrôle temps réel et machines à états

Pilotage de moteurs, gestion de séquences critiques, décodage de protocoles industriels : la logique programmable garantit ici un déterminisme que le processeur seul ne fournit pas. Le CAN, le SPI et l'I²C du PS restent disponibles en parallèle pour la partie supervision.

Prototype intégré dans un ensemble plus vaste

Petit format, trous de fixation, alimentation 5 V, fonctionnement autonome. La carte peut jouer le rôle de sous-ensemble de calcul dans un prototype robotique, un banc automatisé ou une maquette industrielle, sans occuper la place d'une carte de développement classique.

Traitement de signal numérique

Les 66 tranches DSP autorisent des filtres FIR, des corrélations ou des transformées de taille modeste implantés directement dans le tissu logique. Les ressources restent limitées : pour du traitement d'image ou de la vision embarquée, un composant plus dense s'impose.

Ressources & documentation Digilent

Digilent maintient un centre de ressources dédié à cette carte, avec la documentation technique, les fichiers de conception et les projets de démonstration.

Centre de ressources Cora Z7

Point d'entrée unique regroupant les board files pour Vivado, le fichier XDC maître, le projet PetaLinux, les démonstrations et les guides de prise en main. C'est également depuis cette page que l'on accède au forum technique de la marque, où les questions de mise en œuvre sont traitées par les ingénieurs Digilent et par la communauté.

Accéder au centre de ressources Cora Z7

Manuel de référence

Le document décrit bloc par bloc l'architecture de la carte : circuits d'alimentation et rails de tension, configuration du Zynq et modes de démarrage, interface DDR3L, pont USB-UART, lecteur microSD, hôte USB, PHY Ethernet, arbre d'horloges, sources de reset, E/S de base, connecteurs Pmod et brochage complet du connecteur shield. Les tableaux de brochage MIO et les limites électriques des broches y figurent, avec les tensions à ne pas dépasser.

Consulter le manuel de référence

Schéma électrique

Le schéma public de la carte est diffusé au format PDF. Utile pour vérifier un raccordement avant de souder un connecteur sur l'en-tête non monté, pour tracer un signal jusqu'à sa broche FPGA, ou pour évaluer la charge admissible sur un rail d'alimentation.

Télécharger le schéma électrique

 
Notes d'applications et projets de démonstration

Digilent publie plusieurs projets complets, sources et contraintes comprises, déclinés spécifiquement pour la variante -07S. Chacun se télécharge sous forme d'archive liée à une version précise de Vivado, s'ouvre directement et se reprogramme sans réécrire de code. Quatre d'entre eux couvrent l'essentiel de ce que la carte sait faire.

Affichage vidéo avec le Pmod VGA

Ce projet pilote un module Pmod VGA raccordé aux ports JA et JB, et affiche sur un moniteur une boîte rebondissante ainsi que des barres de couleurs. Toute la logique d'affichage est décrite en HDL, sans intervention du processeur. La résolution se change dans le fichier top.vhd : on active le jeu de constantes de synchronisation correspondant à la définition voulue, puis on ajuste la fréquence demandée au diviseur d'horloge pixel avant de régénérer le bitstream. La valeur par défaut est 1920×1080 à 60 Hz. Un bon support pour aborder la génération de signaux vidéo et le dimensionnement d'une horloge pixel.

 

Consulter la note d'application Pmod VGA

Entrées-sorties de base : boutons et LED RVB

Démonstration Vivado écrite en Verilog qui exploite les deux LED tricolores et les deux boutons poussoirs de la carte. Une fois le bitstream chargé, les LED enchaînent bleu, vert, rouge, puis extinction ; maintenir un bouton enfoncé éteint la LED associée. C'est le projet à faire tourner en premier après l'installation des outils : il valide en quelques minutes la chaîne complète, du board file jusqu'à la programmation USB-JTAG, avant d'attaquer quoi que ce soit de plus ambitieux.
 
 

Consulter la note d'application Basic I/O

Acquisition analogique avec le XADC

Le projet met en œuvre le convertisseur XADC du Zynq piloté par le processeur, ce qui en fait la première vraie démonstration de coopération entre les deux moitiés du SoC. Vivado construit la plateforme matérielle, l'environnement logiciel Xilinx compile et déploie une application C. La carte doit être reliée au PC en micro-USB avec un terminal série ouvert pour lire les mesures. Le bouton 0 incrémente l'index de sélection de voie, le bouton 1 le décrémente, et la LED RVB 0 signale le signe de l'entrée analogique retenue.
 
 

Consulter la note d'application XADC

Traitement audio et contrôle de volume avec le Pmod I2S2

Ce dépôt Digilent construit une chaîne audio traversante entre l'entrée et la sortie ligne d'un module Pmod I2S2 placé sur le connecteur JA, avec réglage du gain appliqué au flux numérique. Sur les cartes équipées d'interrupteurs, le volume suit le nombre de switches fermés ; sur la Cora Z7-07S, le bouton BTN0 sert d'entrée de réglage et BTN1 de remise à zéro. Le dépôt contient un répertoire dédié à la variante -07S, avec un script Tcl qui reconstruit le projet à partir des sources partagées. Prévoir un casque ou des enceintes et une source audio.

Voir le projet Pmod I2S2 sur GitHub

Les archives de ces projets sont liées à une version donnée de Vivado. Vérifiez la correspondance avant d'ouvrir un projet, faute de quoi l'outil proposera une migration.

Ressources Blog Digilent

Trois articles du blog Digilent éclairent le contexte de cette carte et sa chaîne d'outils.

Présentation de la gamme Cora

L'article retrace la genèse de la ligne Cora, née des retours d'utilisateurs qui jugeaient les cartes Arty encore trop proches des grandes plateformes de développement. L'auteure y explique les partis pris : format réduit de moitié par rapport à l'Arty Z7, trous de fixation, connecteurs Arduino et Pmod conservés, et surtout ces broches d'extension volontairement laissées libres pour que l'utilisateur y soude ce dont il a besoin. Le détail des ressources des deux variantes du SoC y est également donné.

Lire l'article sur le blog Digilent

Premiers pas avec PetaLinux

Un étudiant en génie électrique y raconte sa mise en route d'un Linux embarqué sur plateforme Zynq. Le récit couvre l'installation des outils, la construction de l'image et les écueils rencontrés en chemin. L'auteur précise que la démarche se transpose telle quelle sur plusieurs cartes de la marque, dont la Cora Z7.

Consulter l'article

Vivado ou Vitis : lequel pour quoi ?

La confusion revient souvent chez qui débute sur SoC. L'article clarifie le rôle de chaque outil dans le flux de conception et indique quand basculer de l'un à l'autre, selon que l'on travaille sur la logique programmable ou sur le logiciel exécuté par le processeur. La migration des projets de démonstration Digilent vers Vitis y est aussi abordée.

Voir le tutoriel sur le blog Digilent

Résumé des caractéristiques techniques

• SoC : AMD/Xilinx Zynq-7000 XC7Z007S-1CLG400C
• Processeur : ARM Cortex-A9 mono-cœur à 667 MHz, NEON et unité flottante
• Logique programmable : classe Artix-7, 14 400 LUT, 28 800 bascules, 3 600 slices, 66 tranches DSP, 225 Ko de Block RAM, 2 tuiles d'horloge
• Mémoire : 512 Mo DDR3L (bus 16 bits, 1050 Mbit/s) et lecteur microSD
• Connectivité : PHY Gigabit Ethernet, USB 2.0 hôte embarqué, USB-JTAG et USB-UART sur port micro-USB
• Analogique : XADC 12 bits, 2 canaux, 1 Méch/s, 6 entrées 0–3,3 V et 8 entrées différentielles 0–1 V
• Extensions : 2 connecteurs Pmod haute vitesse (16 E/S), shield Arduino/chipKIT jusqu'à 49 E/S, en-tête non monté de 12 E/S
• Interface utilisateur : 2 boutons poussoirs, 2 LED RVB, boutons de reset système et processeur
• Alimentation : USB ou source externe 4,5 à 5,5 V sur jack coaxial 2,1 mm centre positif
• Logiciel : AMD Vivado, Vitis et PetaLinux, board files et presets Digilent fournis

Ces valeurs correspondent à la variante mono-cœur de la carte, seule traitée ici.

Questions fréquentes

Quelle différence entre la Cora Z7-07S et la Cora Z7-10 ?

Les deux cartes sont matériellement identiques ; seul le SoC monté diffère. La version -07S embarque un Zynq-7007S mono-cœur avec 14 400 LUT et 225 Ko de Block RAM. La version -10 dispose d'un Zynq-7010 double cœur, de 17 600 LUT et de 270 Ko de Block RAM. Connectique, mémoire, alimentation et périphériques sont strictement les mêmes. 

Quel logiciel faut-il pour programmer cette carte ?

AMD Vivado couvre la conception de la logique programmable. Vitis prend le relais pour le logiciel exécuté sur le Cortex-A9, et PetaLinux sert à construire une distribution Linux embarquée. Digilent fournit les board files et le fichier de presets Zynq à importer dans le projet Vivado.

Faut-il une sonde JTAG externe ?

Non. Le circuit USB-JTAG est intégré à la carte via un contrôleur FTDI. Un câble micro-USB relié au PC assure simultanément l'alimentation, la programmation et la liaison série de console. Aucun programmateur additionnel n'est nécessaire.

La carte accepte-t-elle tous les shields Arduino ?

Non, et le point mérite vérification avant l'achat d'un shield. Les broches du connecteur sont reliées au FPGA en logique 3,3 V et ne tolèrent pas les signaux 5 V. Tout shield qui émet des niveaux 5 V, numériques ou analogiques, risque d'endommager le composant. La carte ne peut pas non plus être alimentée par le connecteur shield.

Peut-elle fonctionner sans ordinateur connecté ?

Oui. En plaçant une image de démarrage sur une carte microSD formatée en FAT32 et en positionnant le cavalier de mode sur microSD, la carte démarre seule. L'alimentation peut provenir d'un bloc externe 5 V sur le jack coaxial, ce qui, associé au port Ethernet, permet un fonctionnement complètement autonome.

Le port USB permet-il de connecter un clavier ou une clé USB ?

Le PHY USB 2.0 est configuré en hôte embarqué, ce qui autorise le raccordement de périphériques. La carte ne dispose toutefois pas de la capacité de découplage d'un hôte USB générique sur la ligne VBUS ; de nombreux périphériques fonctionnent malgré tout. Les modes OTG et périphérique ne sont pas gérés.

Combien d'entrées analogiques sont réellement exploitables ?

Six broches acceptent des signaux asymétriques de 0 à 3,3 V grâce à un diviseur résistif placé en amont du XADC. Huit autres broches forment des paires différentielles limitées à 1 V. Le convertisseur lui-même possède deux canaux multiplexés, à 12 bits et 1 Méch/s au maximum : les voies sont donc scrutées successivement, pas en simultané.

À qui s'adresse ce produit ?

Trois profils y trouvent leur compte. L'enseignant en électronique numérique ou en informatique industrielle, d'abord, qui veut faire manipuler l'architecture SoC (partition matériel/logiciel, bus AXI, coprocesseur dans le tissu logique) sans immobiliser un budget de laboratoire par poste de travail. L'ingénieur ou le concepteur embarqué, ensuite, qui prépare un portage vers un composant Zynq plus dense et cherche une plateforme de validation fonctionnelle rapide à mettre en place, avec Ethernet et Linux disponibles dès le départ. Le maker expérimenté, enfin, déjà à l'aise avec Arduino ou Raspberry Pi, qui veut franchir le pas vers la logique programmable en conservant un format compatible avec ses montages et ses shields existants. Les bureaux d'études l'emploient aussi comme brique de calcul intégrée dans un prototype instrumenté, là où une carte de développement pleine taille ne rentrerait pas. Retrouvez les autres références de la marque dans notre gamme Digilent.

Ce qu'il faut retenir

Le critère de choix déterminant tient moins à la taille du FPGA qu'au temps que réclame l'apprentissage de l'écosystème Zynq dans un projet. Cette carte réduit ce coût d'entrée : les fichiers de configuration sont fournis, le JTAG est à bord, les compilations restent courtes, et le savoir-faire acquis se transpose sans réécriture vers les composants supérieurs de la famille. Les limites apparaissent dès que la charge de calcul augmente. Vision embarquée, traitement d'image, applications multitâches lourdes : mieux vaut viser d'emblée un Zynq plus généreux. Pour tout le reste, du démonstrateur de laboratoire au sous-ensemble intégré dans une maquette, l'équilibre est bon.

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