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Réception du kit Tang Nano 4K

La désormais célèbre société chinoise Sipeed vient de sortir un tout petit kit de développement autour d’un FPGA Gowin et muni d’une sortie HDMI ainsi que d’une entrée caméra : la Tang Nano 4K.

Principaux périphériques disponibles sur la Tang Nano 4K

Et non, elle n’est pas compatible avec des écrans HDMI 4K 😉 Le nom marketing bien choisi désigne le nombre de LUT disponibles.

Le pinout trouvé sur la fiche descriptive d’aliexpress
Attention à certain IO du pinout, qu’il vaut mieux éviter d’utiliser… comme la sortie LED (IOT7A) ! Le document en question semble être celui là

Il est encore difficile de trouver des informations techniques sur cette carte, pourtant disponible (et rapidement livrée) sur aliexpress. Le wiki officiel est encore intégralement en chinois, mais on trouve le code d’exemple sur github. Le schéma de la carte est dispo sur le site de sipeed ici (ou sur le blog du flf si le firewall chinois fait des caprices 😉

À 18$ il n’était pas question de passer à coté, j’ai donc commandé une version avec caméra OV2640 ainsi qu’une version sans caméra :

Les deux kits tels que reçu dans ma boite aux lettres.

Le tout pour une quarantaine d’€.

Branchement

Un câble USB-C est fourni dans la boite, voyons ce qu’il se passe au branchement de la version sans caméra:

 sudo dmesg -c
[34644.177355] usb 1-2.1.1: new full-speed USB device number 14 using xhci_hcd
[34644.283502] usb 1-2.1.1: not running at top speed; connect to a high speed hub
[34644.305274] usb 1-2.1.1: New USB device found, idVendor=0403, idProduct=6010, bcdDevice= 5.00
[34644.305288] usb 1-2.1.1: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[34644.305292] usb 1-2.1.1: Product: JTAG Debugger
[34644.305295] usb 1-2.1.1: Manufacturer: SIPEED
[34644.305298] usb 1-2.1.1: SerialNumber: FactoryAIOT Pro
[34644.311295] ftdi_sio 1-2.1.1:1.0: FTDI USB Serial Device converter detected
[34644.311336] usb 1-2.1.1: Detected FT2232C
[34644.316362] usb 1-2.1.1: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB0
[34644.316513] ftdi_sio 1-2.1.1:1.1: FTDI USB Serial Device converter detected
[34644.316548] usb 1-2.1.1: Detected FT2232C
[34644.322352] usb 1-2.1.1: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB1

La version avec caméra donne exactement la même chose.

Le dmesg de Linux laisse apparaître deux interfaces tty. L’une est certainement un convertisseur jtag pour configurer le FPGA et l’autre une interface uart permettant de communiquer avec l’application comme on a pu le voir avec la Tang Nano «classique».

Si l’on branche un écran au HDMI on voit défiler quelques «pattern» avant de s’arrêter sur un écran vert sur fond bleu.

Pour le moment je n’ai pas réussi à obtenir grand chose de ces deux uarts.

Par la suite j’éditerais cet article pour vous parler de la configuration du FPGA.

Synthèse et configuration

Le plus simple pour commencer avec le kit est d’aller voir les deux projets proposés par Sipeed sur github et de les cloner.

$ git clone https://github.com/sipeed/TangNano-4K-example.git
$ cd TangNano-4K-example/

Deux projets sont disponible dans ce dépôt, vus de loin l’un est pour faire clignoter une led et l’autre pour l’exemple HDMI programmé par défaut dans l’eeprom du kit :

$ ls
dk_video/  led_test/

Pour se faire la main il est donc naturel de commencer par la led.

Il faut d’abord lancer l’IDE officiel de gowin, comme décrit dans l’article de hackable-32 (le plus compliqué avec l’installation de gowin est d’obtenir la licence, après ça roule). Puis ouvrir le fichier de projet fourni nommé project/led_test.gprj et se trouvant dans le répertoire led_test/projet.

Le FPGA du kit se nomme GW1NSR-LV4CQN48PC7/I6 et le code Verilog de clignotement est le suivant. Quand au pinout le voici au format «cst» ci-dessous :

IO_LOC "led" 10;
IO_PORT "led" PULL_MODE=NONE DRIVE=8;
IO_LOC "sys_rst_n" 15;
IO_PORT "sys_rst_n" PULL_MODE=UP;
IO_LOC "sys_clk" 45;
IO_PORT "sys_clk" PULL_MODE=UP;

Le projet est déjà synthétisé, si on souhaite le relancer il suffit de faire un clic-droit «rerun» sur «Synthesize» . Le bitstream est généré au format «fs» et se nomme project/impl/pnr/led_test.fs.

Le kit est désormais reconnu par openFPGALoader:

$ openFPGALoader --detect
write to ram
Jtag frequency : requested 6.00MHz   -> real 6.00MHz  
index 0:
	idcode 0x100981b
	manufacturer Gowin
	family GW1NSR
	model  GW1NSR-4C
	irlength 8

Il suffit donc de programmer le bistrteam (format fs) au moyen de la commande :

$ openFPGALoader led_test/project/impl/pnr/led_test.fs
write to ram
Jtag frequency : requested 6.00MHz   -> real 6.00MHz  
Parse file Parse led_test/project/impl/pnr/led_test.fs: 
Done
DONE
Jtag frequency : requested 2.50MHz   -> real 2.00MHz  
erase SRAM Done
Flash SRAM: [==================================================] 100.00%
Done
SRAM Flash: Success

Et pour l’écrire dans l’eeprom il suffit d’ajouter l’option -f:

$ openFPGALoader ide/gbhdmi/impl/pnr/gbhdmi.fs -f
write to flash
Jtag frequency : requested 6.00MHz   -> real 6.00MHz  
Parse file Parse ide/gbhdmi/impl/pnr/gbhdmi.fs: 
Done
DONE
Jtag frequency : requested 2.50MHz   -> real 2.00MHz  
erase SRAM Done
erase Flash Done
write Flash: [==================================================] 100.00%
Done
CRC check: Success

Le truc se programme et la led clignote.

Le HDMI

Le deuxième projet proposé dans le dépôt concerne le HDMI. Bon si on regarde le contenu du Top on se rend compte qu’il fait bien plus que le simple HDMI puisqu’il pilote également la ram, la Nor et la caméra.

Le générateur de pattern se charge également de générer les signaux de synchronisation vidéo. Mais ce qui nous intéresse particulièrement c’est le bloc qui pilote le HDMI. Ce bloc se prénomme DVI_TX_top et … il est encrypté 🙁

Le bloc est tout de même instanciable au moyen d’une BlackBox chisel. Ce qui permet d’adapter le projet GbVGA en GbHDMI

Pour la vidéo du montage en fonctionnement c’est par là.

La caméra OV2640

Je n’ai pas vu d’exemple de code utilisant la caméra ov2640 avec ce kit pour le moment. Il est probable que ça ne soit pas encore disponible.

Ressources

Déballage du kit de développement Lichee Tang muni d’un FPGA Chinois Anlogic

La société chinoise SiPeed propose un kit de développement permettant d’évaluer le FPGA chinois EG4S20BG256 produit par Anlogic. Le kit peut être commandé pour une vingtaine de dollars sur le site de vente en ligne Seeed spécialisé dans les kits de développement en électronique «grand public».

Contenu du kit SiPeed coté FPGA
Contenu du kit Lichee Tang botto

Au branchement du kit Debian/Linux détecte un convertisseur USB-JTAG de chez Anlogic:

$ sudo dmesg -c
[30017.300586] usb 3-2: new full-speed USB device number 5 using xhci_hcd
[30017.441796] usb 3-2: New USB device found, idVendor=0547, idProduct=1002
[30017.441801] usb 3-2: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=0
[30017.441804] usb 3-2: Product: USB-JTAG-Cable
[30017.441807] usb 3-2: Manufacturer: Anlogic

L’environnement de développement est disponible en téléchargement (~100Mo) sous forme d’une archive rar ici. Le fichier se décompresse avec la commande unrar:

$ unrar x ../TD_RELEASE_SEPTEMBER2018_RHEL.rar

Il faut ensuite mettre en exécutable le répertoire bin:

$ chmod +x bin/*

Et on peut ensuite lancer l’IDE:

$ cd bin ; ./td -gui

La fenêtre suivante s’ouvre alors :

L’environnement de développement Tang Dynasty lancé sur Debian

C’est l’environement de développement le plus simple à installer que j’ai pu voir depuis que je bricole des FPGA. Même si la procédure d’installation est quand même étrange (un obscure .rar à télécharger puis à décompresser).

Pour synthétiser un premier design on va avoir besoin d’un minimum de documentation sur la schématique de la carte ainsi que sur le pinout du FPGA. On trouvera les schémas du kit en format pdf ici.

On trouve des exemples de code pour le kit sur github, notamment pour faire clignoter une led. La base du Hello World en électronique.

Pour tester la led qui clignote on crée un nouveau projet avec le fpga EG4S20BG256. On ajoute ensuite le source pour la led se trouvant dans le répertoire Tang_FPGA_Examples/0.LED/src/led.v

L’extension du fichiers de contrainte est en *.adc pour l’exemple de led le fichier se trouve dans le répertoire Tang_FPGA_Examples/0.LED/constraint/io.adc

Une fois les deux fichiers ci-dessus ajouté à notre projet on peut lancer la procédure complète pour générer le bitstream en double-cliquant sur l’icône «Generate Bitstream» dans l’encart «FPGA Flow» de l’ide.

La génération du bitstream est très rapide. Pour le télécharger ensuite dans le FPGA il faut bien sûr que le kit soit connecté à l’usb.

Le configurateur se lance en allant dans le menu Tools -> Download.

Chez moi j’ai du lancer l’ide en sudo pour éviter un plantage fatal, à ce moment. Le configurateur se présente comme ci-dessous :

Il faut ajouter le fichier bitstream au moyen du bouton de gauche «Add» puis cliquer sur la ligne du tableur pour «dégriser» le bouton «run», qui permet de télécharger le bitstream pour configurer le FPGA.

Pour conclure, je pensais beaucoup plus souffrir à mettre en route ce kit à la documentation majoritairement en chinois. Mais la note de blog de JAEB et le projet d’exemples sur github m’ont beaucoup aidé à faire clignoter cette led tricolore rapidement. À l’avenir il faudra regarder si ce FPGA est vraiment nouveau ou si ça n’est pas une copie d’un constructeur bien connu. On doit pouvoir vérifier ça avec le bitstream généré.

Au bout de quelques temps, la licence du logiciel expire. Il n’est plus possible de synthétiser avec. Un site chinois donne le truc pour que ça remarche. Pour éviter ce piratage, il semble être maintenant possible d’utiliser Yosys pour la partie synthèse !

Pour aller plus loin: