Carte de développement FPGA USB104 A7 (AMD Artix-7 XC7A100T) Images
La carte USB104 A7 vous permettra d'adjoindre la puissance et la polyvalence d'un FPGA à votre PC/104. Cette dernière mesure 95,89 mm x 90,17 mm. Elle dispose de trous de montage standard ainsi que entretoises (livrées avec la carte).
Intégrer un FPGA dans un système embarqué industriel impose deux contraintes qu'une carte d'évaluation classique ignore : un format mécanique normalisé et une acquisition rapide sans câblage acrobatique. L'USB104 A7 répond aux deux. Elle intègre un FPGA AMD Artix-7 XC7A100T sur une carte au format PC/104, expose un port SYZYGY pour les modules d'acquisition Zmod, et regroupe JTAG, UART et transfert de données parallèle derrière un seul connecteur USB. La conception s'effectue sous AMD Vivado, disponible en édition gratuite.
Spécifications visuelles de la carte USB104 A7
Là où les cartes Nexys ou Basys visent la paillasse et l'enseignement, l'USB104 A7 assume une vocation de brique d'intégration. Format normalisé, plage de température étendue, alimentation robuste : elle est pensée pour finir dans un équipement, pas seulement sur un bureau.
Le composant central est un FPGA AMD Artix-7 XC7A100T, sans cœur processeur matériel. Il totalise 101 440 cellules logiques, 240 tranches DSP et 4 860 Kbits de Block RAM. Digilent annonce une plage de fonctionnement couvrant la gamme de température industrielle, de -40 à 100 °C ; pour toute question précise sur ce point, le service commercial Digilent reste l'interlocuteur.
Côté mémoire externe, la carte embarque 512 Mo de DDR3/DDR3L sur un bus 16 bits, cadencé à 800 MT/s sous 1,5 V ou 667 MT/s sous 1,35 V, le choix de tension se faisant par un commutateur embarqué. Une Flash Quad-SPI de 16 Mo conserve la configuration du FPGA.
L'interface hôte est le point remarquable. Un hub USB et son contrôleur réunissent, sur une seule liaison, la programmation USB-JTAG, un pont USB-UART et les interfaces de transfert Digilent DPTI (parallèle) et DSPI (série), pilotées côté PC par l'application Adept 2. Plus besoin de multiplier les câbles.
L'extension repose sur un port SYZYGY standard destiné aux modules Zmod, complété par trois ports Pmod à 12 broches. Les entrées-sorties locales se limitent à deux boutons-poussoirs et quatre LED : la carte ne cherche pas à remplacer un banc d'essai. L'alimentation accepte 5 V sur embase jack ou via le connecteur USB, avec bascule automatique et préférence pour la source externe ; un limiteur de courant plafonne le tirage USB à 2 A. Le circuit imprimé respecte le contour et les perçages du format PC/104, soit 95,89 x 90,17 mm. La livraison comprend un câble USB 2.0 A-B blindé de 1,5 m, quatre entretoises de 5 mm et un bloc secteur 5 V 6 A.
Le premier apport tient au format. L'USB104 A7 est la première carte Digilent à adopter un standard mécanique industriel : elle s'empile dans un châssis PC/104 existant, avec les perçages et les entretoises attendus. Un prototype cesse d'être un objet posé sur un plan de travail.
Vient ensuite le choix du bus. Plutôt que le bus parallèle historique du PC/104, Digilent a retenu l'USB pour dialoguer avec l'hôte, ce qui élargit la compatibilité avec les PC embarqués du commerce. Le corollaire est le DPTI : une interface de transfert parallèle à haut débit entre le PC et le FPGA, exploitable depuis Adept. Pour rapatrier des trames d'acquisition volumineuses, l'écart avec une simple liaison série est net.
Le troisième argument tient au port SYZYGY. Ce standard ouvert d'Opal Kelly se place entre le Pmod, limité en débit, et le FMC, plus encombrant et plus coûteux. Il donne accès aux modules Zmod d'acquisition et de génération de signaux, et transforme la carte en tête d'acquisition rapide sans conception analogique maison.
Reste à poser les limites, honnêtement. L'USB104 A7 n'embarque ni Ethernet, ni sortie vidéo, ni lecteur de carte mémoire, et ses deux boutons avec quatre LED offrent une interface locale minimale. Ce n'est pas une carte d'apprentissage : elle suppose une pratique établie de Vivado.
La synthèse et l'implémentation passent par AMD Vivado, dont l'édition gratuite prend en charge l'USB104 A7. Le FPGA Artix-7 n'ayant pas de processeur matériel, les projets qui réclament du logiciel embarqué instancient un cœur MicroBlaze dans la logique programmable ; l'application C se construit ensuite sous Vitis (ou l'ancien SDK Xilinx selon la version des projets d'exemple). Les démonstrations officielles reposent toutes sur cette architecture.
Côté hôte, l'application Adept 2 gère les échanges DPTI et DSPI. Les projets Digilent fournissent des blocs IP prêts à instancier (contrôleurs bas niveau Zmod, interfaces AXI vers DPTI, AXI IIC, AXI UARTLITE) qui évitent de repartir d'une feuille blanche. La programmation et le débogage se font par le port USB-JTAG intégré, sans sonde externe.
Le matériel compatible s'organise autour de deux connecteurs. Les trois ports Pmod accueillent la vaste bibliothèque de modules Digilent (capteurs, actionneurs, interfaces de communication, affichage). Le port SYZYGY reçoit les modules Zmod : numériseur deux voies 14 bits, générateur de signaux arbitraires deux voies 14 bits. L'ensemble des autres cartes FPGA et SoC de Digilent est consultable dans la section cartes FPGA / SoC Digilent.
Chaîne d'outils logicielle et matérielle de l'USB104 A7
Du board file au bitstream, puis du bitstream à l'application MicroBlaze, la chaîne est documentée bout en bout par les projets de référence.
La carte trouve sa place là où le FPGA doit s'insérer dans un équipement, avec un besoin de débit vers l'hôte. Digilent la positionne explicitement sur les domaines suivants.
Associée à un module Zmod de numérisation via le port SYZYGY, la carte capture des signaux analogiques rapides, les met en mémoire par accès direct (DMA) puis les transfère vers le PC par DPTI. Le développement d'une application d'acquisition personnalisée se compte en jours plutôt qu'en semaines.
Le raisonnement s'inverse avec un module Zmod de génération : une forme d'onde préparée sur le PC descend vers le FPGA par DPTI, est stockée dans un tampon, puis restituée sur la sortie analogique. De quoi bâtir un stimulus programmable intégré à un banc.
Le format PC/104, les perçages normalisés et la plage de température étendue destinent la carte à l'intégration dans des châssis industriels empilables, en traitement de signal temps réel ou en pilotage de périphériques via Pmod.
Digilent cite ces secteurs parmi les domaines visés, où comptent l'encombrement, la masse et la consommation, réunis sous le sigle SWaP, autant que la capacité de traitement.
Les 240 tranches DSP de l'Artix-7 XC7A100T supportent filtrage, transformées et corrélations câblés dans la logique, avec les 512 Mo de DDR3 comme mémoire de travail pour les traitements par blocs.
Digilent publie trois projets de référence qui couvrent les interfaces distinctives de la carte. Chacun est résumé ci-dessous, avec le lien vers la ressource officielle.
Ce projet met en œuvre un module de numérisation deux voies 14 bits sur le port SYZYGY. Une application console côté PC arme le module avec un niveau de déclenchement choisi ; à l'occurrence du trigger, les échantillons remontent par DMA vers un tampon interne, puis sont transférés au PC par DPTI et enregistrés dans un fichier CSV. Le design instancie un contrôleur bas niveau Zmod, une interface AXI vers DPTI, un bus I²C et une liaison UART de débogage, le tout piloté par un cœur MicroBlaze.
Consulter la démonstration Zmod Scope
Le pendant du précédent, en sens inverse. Une forme d'onde produite sur le PC est convertie en échantillons signés 14 bits, envoyée au FPGA par DPTI puis écrite dans le tampon du module générateur, avant d'être restituée sur la sortie analogique à la commande de démarrage. Le projet détaille la préparation du fichier de points et la chaîne d'IP mobilisée, du contrôleur bas niveau à l'interface AXI.
Consulter la démonstration Zmod AWG
Cette démonstration illustre l'interface série DSPI. Une application MicroBlaze émule deux registres : le premier reflète l'état des boutons, le second commande les LED. Depuis une console sur le PC, une écriture sur le registre des LED allume les sorties correspondantes, les messages de débogage remontant par le port série. Un bon point d'entrée pour comprendre le dialogue hôte-FPGA avant d'aborder le DPTI.
Consulter la démonstration DSPI
Un billet du blog Digilent revient sur la genèse de la carte et sur les choix techniques qui la distinguent.
L'auteur explique pourquoi la carte reprend le contour et les perçages du PC/104, ce qui permet de l'empiler dans un châssis existant, tout en abandonnant le bus parallèle historique au profit de l'USB, mieux adopté sur les PC embarqués commerciaux et industriels. Le hub USB embarqué réunit JTAG, UART et DPTI sur une seule connexion. L'article insiste ensuite sur l'apport du port SYZYGY, positionné entre le Pmod et le FMC, qui ouvre l'accès aux modules Zmod d'acquisition et de génération rapides.
Lire l'article sur le blog Digilent
La carte repose sur un FPGA AMD Artix-7 XC7A100T, qui aligne 101 440 cellules logiques, 240 tranches DSP et 4 860 Kbits de Block RAM. C'est un FPGA au sens strict : il ne contient pas de processeur ARM matériel, contrairement à un SoC Zynq.
SYZYGY est un standard d'extension ouvert créé par Opal Kelly. Il offre un débit supérieur au connecteur Pmod tout en restant plus compact et plus économique qu'un connecteur FMC. Sur l'USB104 A7, il accueille les modules Zmod de numérisation et de génération de signaux, pour l'acquisition rapide.
Ce sont deux interfaces de transfert de données Digilent entre le PC et le FPGA, gérées par l'application Adept. DPTI est une interface parallèle qui offre le débit le plus élevé, adaptée aux flux d'acquisition volumineux. DSPI est une liaison série, plus simple à mettre en œuvre mais moins rapide.
Oui, en instanciant un cœur soft MicroBlaze dans le FPGA, puis en développant l'application C sous Vitis. Les trois démonstrations officielles de Digilent fonctionnent toutes sur ce principe. Il n'existe pas de processeur matériel sur la carte.
Le PC/104 est un standard mécanique d'empilage utilisé dans l'embarqué industriel. L'USB104 A7 en reprend le contour (95,89 x 90,17 mm) et les perçages, ce qui permet de l'intégrer dans un châssis empilable existant. Quatre entretoises sont fournies à cet effet.
Non. L'USB104 A7 n'embarque ni contrôleur Ethernet, ni sortie HDMI ou DisplayPort, ni lecteur de carte mémoire. Elle privilégie la liaison USB vers l'hôte et l'extension par SYZYGY et Pmod. Pour du traitement vidéo, d'autres cartes de la gamme sont mieux armées.
Elle accepte une alimentation 5 V sur son embase jack ou par le connecteur USB, avec une bascule automatique qui donne la priorité à la source externe. Un limiteur de courant plafonne le tirage sur USB à 2 A. Un bloc secteur 5 V 6 A est livré avec la carte.
AMD Vivado, dont l'édition gratuite prend en charge l'USB104 A7, suffit pour la partie matérielle. Les outils AMD n'étant pas téléchargeables dans tous les pays, il est prudent de vérifier leur disponibilité avant l'achat, car ils sont indispensables à l'usage de la carte.
L'USB104 A7 vise d'abord les intégrateurs et les concepteurs de systèmes embarqués qui doivent glisser de la logique programmable dans un équipement réel : châssis PC/104 empilable, contrainte d'encombrement, plage de température étendue.
Applications types:
• Militaire et défense
• Automatisation industrielle
• Transport / Automobile
• Intégration OEM
• Télécommunications
Les bureaux d'études et laboratoires y trouvent une tête d'acquisition rapide dès qu'un module Zmod vient s'enficher sur le port SYZYGY. Les ingénieurs en traitement du signal exploitent les tranches DSP de l'Artix-7 et la DDR3 pour du filtrage ou des transformées câblés. Les développeurs embarqués la retiennent pour ses interfaces DPTI et DSPI, qui simplifient le dialogue avec un hôte. En revanche, elle ne convient pas à une première approche du FPGA : son interface locale réduite et l'absence de périphériques pédagogiques la réservent aux utilisateurs déjà familiers de Vivado.
La platine USB104 A7 est disponible selon 3 versions:
- Version platine seule sans module d'extension
- Version livrée avec un module d'extension Zmod DAC
- Version livrée avec un module d'expension Zmod ADC
Vous devez choisir le modèle désiré lors de votre commande dans l'onglet au dessus du bouton "Ajouter au panier"
Le bon critère de choix n'est pas la taille du FPGA mais la destination de la carte. Si le projet finit dans un boîtier, sur un rail ou dans un châssis empilable, l'USB104 A7 supprime le travail d'adaptation mécanique et d'interfaçage hôte que réclamerait une carte d'évaluation ordinaire. Un port d'extension rapide, un connecteur USB unique et un contour normalisé : trois décisions de conception qui font gagner des semaines au moment de l'intégration, bien plus que quelques milliers de cellules logiques supplémentaires. C'est une carte de passage à l'échelle, à considérer quand le prototype doit devenir un produit.
La carte Zmod ADC 1410 est l'un des premiers modules d'extension compatibles SYZYGY de Digilent. Cette carte est équipée d'un convertisseur double canal haute vitesse / faible consommation AD9648 d'Analog Device™ de type analogique/numérique 14 bits (105 MS/s).
La carte Zmod DAC 1411 est l'un des premiers modules d'extension compatibles SYZYGY de Digilent. Cette carte est équipée d'un convertisseur double canal haute vitesse / faible consommation AD9717 d'Analog Device™ de type numérique/analogique 14 bits (125 MS/s).
