Platine Digilent Nexys Video Artix-7 Xilinx

Traiter de la vidéo HD ou de l'audio numérique sur un FPGA suppose à la fois des ressources logiques confortables et une connectique dédiée aux flux audio/vidéo. La platine Digilent Nexys Video rassemble ces deux exigences autour d'un FPGA AMD Artix-7 XC7A200T, le modèle le plus fourni de la famille Artix-7, complété par deux ports HDMI, une sortie Mini DisplayPort, un codec audio 24 bits et un connecteur FMC LPC. La programmation s'effectue sous AMD Vivado, disponible en édition gratuite, ce qui rend la carte accessible sans surcoût logiciel.
 

Spécifications visuelles de la carte Nexys Video

Conçue pour les applications multimédias, la Nexys Video s'adresse aux utilisateurs qui ont dépassé le stade de la découverte et cherchent une plateforme capable d'encaisser des traitements de signal exigeants. Elle prolonge la lignée des cartes Nexys avec un jeu de périphériques orienté image et son.

Spécifications techniques

Le cœur de la carte est un FPGA AMD Artix-7 XC7A200T-1SBG484C. Il aligne 33 650 slices logiques, chacune dotée de quatre LUT à six entrées et de huit bascules, 13 Mbits de Block RAM rapide, 740 slices DSP et dix blocs de gestion d'horloge à PLL. Des transcepteurs GTP jusqu'à 3,75 Gbit/s et un convertisseur analogique-numérique interne (XADC) complètent le silicium, avec des horloges internes dépassant 450 MHz.

Côté mémoire, la carte embarque 512 Mo de DDR3 cadencée à 400 MHz (800 MT/s), 32 Mo de Flash Quad-SPI et un lecteur de carte microSD pour le stockage non volatil. La configuration du FPGA se fait par JTAG, Flash Quad-SPI, microSD ou clé USB.

La connectique multimédia comprend un port HDMI d'entrée et un port HDMI de sortie, une source Mini DisplayPort et un codec audio 24 bits (ADAU1761) desservant quatre jacks 3,5 mm : ligne d'entrée, ligne de sortie, casque et micro. Pour l'intégration système, on dispose d'un PHY Ethernet 10/100/1000 avec adresse MAC dédiée, d'un pont USB-UART, ainsi que des interfaces Digilent DPTI (parallèle) et DSPI (série) pour les transferts de données via USB. L'extension passe par un connecteur FMC LPC 160 broches entièrement peuplé (VADJ ajustable de 1,2 à 3,3 V) et quatre ports Pmod. L'interface utilisateur locale réunit un écran OLED 128 x 32, huit interrupteurs, cinq boutons, huit LED et un hôte USB HID pour souris et clavier. La carte s'alimente en 12 V ; un bloc secteur 36 W est fourni.

Nexys Video : ce qui la distingue

La Nexys Video occupe une place précise dans la gamme FPGA de Digilent : au-dessus des cartes d'apprentissage, sous les plateformes Kintex. Elle repose sur le plus gros FPGA de la famille Artix-7, ce qui lui donne la réserve logique nécessaire aux pipelines vidéo temps réel.

  
 
 
 
   

Son orientation multimédia est ce qui la démarque le plus nettement. La combinaison de deux ports HDMI (entrée et sortie), d'une sortie DisplayPort et d'un codec audio 24 bits en fait une base directe pour la capture, la transformation et la restitution de flux A/V, là où une carte généraliste demanderait des modules externes. Le connecteur FMC LPC ouvre la porte aux mezzanines haute performance (convertisseurs rapides, interfaces caméra, liaisons spécialisées), et les transcepteurs GTP autorisent des liaisons sérielles à quelques gigabits par seconde.

La carte accepte aussi un processeur soft MicroBlaze, exploitable gratuitement sous Vivado, ce qui permet de mêler logique matérielle et code C sur la même puce. En contrepartie, elle réclame davantage d'expérience qu'une Basys 3 ou une Nexys A7 : la richesse des périphériques et la gestion de la DDR3 supposent une certaine aisance avec Vivado. À noter également que les outils AMD ne sont pas téléchargeables dans tous les pays ; il est prudent de vérifier leur disponibilité avant l'achat.

Développer avec la Nexys Video

Le développement s'appuie sur la suite AMD Vivado, y compris son édition gratuite, pour la synthèse et l'implémentation des descriptions matérielles. Pour les projets à processeur soft, Vitis prend le relais côté logiciel et permet de construire une application C exécutée par un cœur MicroBlaze instancié dans le FPGA.

Digilent fournit des board files qui préconfigurent le projet Vivado pour la Nexys Video, ce qui évite de renseigner manuellement le brochage et les contraintes. La programmation et le débogage passent par le port USB-JTAG intégré, sans sonde externe. Les quatre ports Pmod et le connecteur FMC accueillent capteurs, convertisseurs et modules d'extension, tandis que le centre de ressources Digilent met à disposition manuel de référence, fichiers de contraintes (XDC) et projets exemples prêts à compiler. Découvrez l'ensemble des autres platines Digilent en consultant le menu cartes FPGA.

Chaîne d'outils logicielle et matérielle de la Nexys Video

Cette chaîne complète, du board file au bitstream, réduit sensiblement le temps entre la mise sous tension et le premier projet fonctionnel.

La Nexys Video en pratique : exemples concrets

La carte se prête à un large éventail de projets où le débit de données et la connectique audio/vidéo priment. Les cinq usages ci-dessous sont ceux où elle donne le plus.

Traitement vidéo HDMI temps réel

Avec un port HDMI d'entrée et un port de sortie, la Nexys Video sert de base à un pipeline de traitement d'image : capture d'un flux, transformation dans le FPGA (filtrage, mise à l'échelle) puis restitution vers un écran. Les tampons vidéo logés en DDR3 permettent de manipuler des trames entières.

Traitement audio et effets numériques

Le codec 24 bits et ses quatre jacks ouvrent la voie aux projets de traitement du son : enregistrement, lecture, boucleur multipiste ou effets calculés en temps réel. La mémoire externe autorise le stockage de plusieurs secondes de signal échantillonné.

Systèmes à processeur soft

En instanciant un cœur MicroBlaze, on obtient un système embarqué complet mêlant périphériques matériels et logiciel C. La carte est également un support apprécié pour l'expérimentation de cœurs RISC-V et de projets de recherche en architecture.

Acquisition haute vitesse via FMC

Le connecteur FMC LPC accepte des mezzanines du commerce ou sur mesure : convertisseurs rapides, interfaces caméra, liaisons réseau spécialisées. Associé aux transcepteurs GTP, il transforme la Nexys Video en front-end d'acquisition ou de communication à haut débit.

Projets étudiants et recherche appliquée

Sa réserve logique et son jeu de périphériques en font un support solide pour les travaux avancés en électronique numérique, traitement du signal et vision, au-delà des exercices d'initiation.

Ressources & documentation Digilent

Digilent publie une série de démonstrations et de tutoriels qui couvrent chaque grande fonction de la carte. Chacun est résumé ci-dessous, avec le lien vers la ressource officielle.

Démonstration clavier AXI PS/2

Ce projet associe un processeur soft MicroBlaze à un cœur AXI personnalisé pour lire un clavier USB branché sur le port USB HID. Les codes de touche, reçus via une interface PS/2, sont convertis en ASCII puis renvoyés au PC par le pont USB-UART ; la frappe est ainsi répétée dans un terminal série. Le matériel se construit sous Vivado, l'application C sous Vitis.
 

Consulter la démonstration AXI PS/2

Démonstration audio par DMA

Cette démonstration illustre l'usage du codec audio et de la mémoire via un transfert par accès direct (DMA). L'application enregistre un échantillon de cinq secondes depuis l'entrée micro ou ligne, puis le restitue sur la sortie casque ou ligne, l'enregistrement et la lecture étant pilotés par les boutons. Le projet matériel se construit sous Vivado, l'application C se déploie via le SDK.

Consulter la démonstration DMA audio

Démonstration GPIO

Projet Vivado d'introduction aux entrées-sorties : les huit interrupteurs pilotent les LED correspondantes, l'écran OLED affiche l'alphabet puis un message d'accueil, et l'appui sur un bouton envoie une ligne de texte dans le terminal série via le pont USB-UART. Écrit en VHDL et Verilog, il constitue un bon point d'entrée pour prendre la carte en main.

Consulter la démonstration GPIO

Démonstration HDMI

Ce projet exploite les deux ports HDMI avec des tampons vidéo (frame buffers) logés en DDR3. Depuis un terminal série, on change la résolution de sortie, on stocke une mire dans un tampon, on capture le flux HDMI entrant ou on inverse et met à l'échelle une image avant affichage. Il sert de fondation aux pipelines de traitement d'image.
 

Consulter la démonstration HDMI

Démonstration clavier (USB HID)

Démonstration Verilog centrée sur le port hôte USB HID : chaque touche pressée sur un clavier connecté génère un code de scan transmis au PC par le pont USB-UART, un code 0xF0XX signalant le relâchement. Plus légère que la variante AXI PS/2, elle montre directement la réception des codes clavier côté FPGA.
 

Consulter la démonstration clavier

Démonstration OLED

Ce projet pilote l'écran OLED monochrome 128 x 32 via son contrôleur SSD1306 en SPI. Il affiche l'alphabet, les chiffres puis un message, et fournit un contrôleur d'affichage réutilisable dans d'autres conceptions.
 

Consulter la démonstration OLED

Démonstration XADC

Démonstration Verilog du convertisseur analogique-numérique interne (XADC) de l'Artix-7. Des tensions comprises entre 0 et 1 V appliquées sur l'embase JXADC sont mesurées, et l'écart de tension correspondant est affiché en volts sur l'écran OLED.

Consulter la démonstration XADC

Tutoriel de transfert DPTI

Ce tutoriel réunit un projet matériel Vivado, une application MicroBlaze et un logiciel Windows pour transférer un fichier depuis le PC vers la mémoire DDR embarquée via le port USB PROG, à une adresse choisie, puis le relire et l'enregistrer sur le disque. Il met en évidence l'interface parallèle DPTI à haut débit.

Suivre le tutoriel DPTI

Tutoriel boucleur audio (Looper)

Ce tutoriel transforme la carte en boucleur audio à seize banques. Le signal capté sur l'entrée ligne est échantillonné à 48 kHz, enregistré dans la DDR3 puis rejoué sur la sortie ligne ; plusieurs pistes se superposent et l'écran OLED indique l'état de chaque banque. Il exploite conjointement le codec audio et la mémoire externe.

Suivre le tutoriel Looper

Tutoriel démonstration utilisateur (out-of-box)

Démonstration d'usine chargée en Flash QSPI qui met en œuvre la quasi-totalité des périphériques. Les LED suivent les interrupteurs, un enregistrement audio de cinq secondes se rejoue à la demande, le port Ethernet fonctionne en serveur d'écho, un flux HDMI entrant est recopié sur les sorties (ou remplacé par une mire avec pointeur souris), et l'OLED comme l'UART affichent température et tensions internes lues par le XADC.
 

Suivre le tutoriel de démonstration utilisateur

Ressources Blog Digilent

Plusieurs billets du blog Digilent reviennent sur des réalisations menées avec la Nexys Video et éclairent ses points forts en traitement audio/vidéo.

Vidéo de présentation de la Nexys Video

Ce billet présente la vidéo d'introduction de la carte publiée sur la chaîne YouTube de Digilent. Il revient sur les atouts qui la destinent au traitement audio et vidéo : entrées et sorties HDMI, codec audio 24 bits, mémoire DDR généreuse et FPGA Artix-7 programmable sous ISE ou Vivado.

Voir la présentation sur le blog Digilent

MicroZed Chronicles et la Nexys Video

Cet article s'appuie sur l'épisode 204 des MicroZed Chronicles d'Adam Taylor. Il détaille la mise en place d'un système de traitement vidéo à entrée et sortie HDMI sur l'Artix-7 XC7A200T, dans une approche purement FPGA plutôt que centrée sur un SoC Zynq. L'objectif est de bâtir, étape par étape, un pipeline de traitement d'image.

Lire l'article sur le blog Digilent

Fractales en temps réel avec la Nexys Video

Ce billet revient sur le projet « On the Fly Fractals », qui calcule l'ensemble de Mandelbrot et l'affiche en haute définition en temps réel sur la carte. La performance requise — de l'ordre de 120 milliards d'opérations par seconde — illustre concrètement la puissance de calcul de l'Artix-7 associée à la sortie vidéo.
 

Consulter l'article

Résumé des caractéristiques techniques

• FPGA : AMD Artix-7 XC7A200T-1SBG484C, le plus grand de la famille Artix-7
• Ressources logiques : 33 650 slices, 740 slices DSP, 13 Mbits de Block RAM, XADC intégré
• Mémoire : 512 Mo DDR3 (800 MT/s), 32 Mo Flash Quad-SPI, lecteur microSD
• Multimédia : HDMI entrée + sortie, Mini DisplayPort, codec audio 24 bits (4 jacks 3,5 mm)
• Communication : Ethernet 10/100/1000, USB-UART, DPTI/DSPI, transcepteurs GTP jusqu'à 3,75 Gbit/s
• Extension et E/S : connecteur FMC LPC 160 broches, 4 ports Pmod, OLED 128 x 32, 8 interrupteurs, 5 boutons, 8 LED, hôte USB HID
• Logiciel : AMD Vivado (édition gratuite), Vitis, MicroBlaze pris en charge
• Alimentation : 12 V, bloc secteur 36 W fourni

Questions fréquentes

Quel FPGA équipe la Nexys Video ?

La carte est bâtie autour d'un FPGA AMD Artix-7 XC7A200T-1SBG484C, le modèle le plus fourni de la famille Artix-7. Il offre 33 650 slices logiques, 740 slices DSP, 13 Mbits de Block RAM et un convertisseur XADC intégré, de quoi mener des traitements de signal soutenus.

La Nexys Video convient-elle au traitement vidéo HDMI ?

Oui. Elle dispose d'un port HDMI d'entrée et d'un port HDMI de sortie, d'une source Mini DisplayPort et de 512 Mo de DDR3 pour loger des tampons vidéo. Cette combinaison permet de construire un pipeline complet : capture, traitement dans le FPGA et affichage.

Quel logiciel faut-il pour programmer la Nexys Video ?

Le développement se fait sous AMD Vivado. Pour un système à processeur soft, Vitis gère la partie logicielle. 

Peut-on exécuter un processeur soft sur la Nexys Video ?

Oui. Le FPGA accepte un cœur MicroBlaze, utilisable gratuitement sous Vivado, ce qui permet de combiner logique matérielle et application C sur la même puce. La carte est aussi employée pour expérimenter des cœurs RISC-V.

Quelle mémoire est disponible sur la carte ?

La Nexys Video embarque 512 Mo de DDR3 à 800 MT/s, 32 Mo de Flash Quad-SPI et un lecteur de carte microSD pour le stockage non volatil (carte non fournie). La DDR3 sert notamment de mémoire de trame pour les applications vidéo.

La Nexys Video est-elle adaptée aux débutants en FPGA ?

Elle vise plutôt les utilisateurs déjà à l'aise avec Vivado. La richesse de ses périphériques et la gestion de la DDR3 demandent plus d'expérience qu'une carte d'initiation comme la Basys 3 ou la Nexys A7. Pour un tout premier contact avec le FPGA, ces dernières restent plus accessibles.

Que contient l'emballage de la Nexys Video ?

La carte est livrée avec un câble de programmation USB A vers micro-B et un bloc secteur 12 V 3 A (36 W) doté d'adaptateurs pour prises américaines et européennes. L'adaptateur pour prise britannique n'est pas inclus.

À qui s'adresse ce produit ?

La Nexys Video vise les concepteurs et étudiants qui abordent le traitement audio/vidéo sur FPGA après avoir maîtrisé les bases. Les ingénieurs et développeurs embarqués y trouvent une plateforme pour prototyper des pipelines d'image, des systèmes à processeur soft MicroBlaze ou des cœurs RISC-V. Les laboratoires et bureaux d'études apprécient le connecteur FMC et les transcepteurs GTP pour l'acquisition et la communication à haut débit. Enfin, elle sert de support de travaux pratiques avancés dans l'enseignement supérieur, en électronique numérique, traitement du signal et vision. Elle convient moins à un tout premier apprentissage du FPGA, mieux servi par une carte d'initiation. 
 
 

A ce titre, la platine Nexys Video est disponible selon 2 tarifs.

Le tarif  académique  applicable pour les écoles et les étudiants    ou   Le tarif   standard  applicable pour les particuliers et les sociétés           
  
 Vous devez sélectionner le tarif vous concernant en haut de la page dans le menu de sélection au dessus du bouton "Ajouter au panier"  
   
Si vous sélectionnez le tarif académique, il vous faudra impérativement nous adresser une commande officielle émanant d'une école d'ingénieur, d'une université, d'un I.U.T, d'un lycée. De plus, il vous faudra également nous communiquer le N° de téléphone, le nom et l'émail d'un des professeurs amené à utiliser la platine.

Ce qu'il faut retenir

Le bon réflexe pour choisir cette carte est de partir du besoin en flux : dès qu'un projet manipule de la vidéo HDMI, de l'audio numérique ou de gros volumes de données via FMC, la Nexys Video apporte la connectique et la réserve logique qui manquent aux cartes d'entrée de gamme, sans imposer le budget d'une plateforme Kintex. Son intérêt tient moins à une spécification isolée qu'à l'équilibre entre puissance de calcul, mémoire et interfaces multimédia réunis sur une même carte, adossés à une chaîne d'outils Vivado bien documentée. C'est ce positionnement qui en fait un choix cohérent pour passer du prototype à un traitement A/V opérationnel.

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