Intro

Одной из проблем первых сезонов Школы цифрового синтеза является малое число поддерживаемых плат, на которых можно легко и быстро повторить упражнение.

Чтобы справиться с данной проблемой, группа энтузиастов, под руководством Юрия Панчула, добавила поддержку множества плат и нескольких toolchain’ов от различных производителей FPGA.

В данном туториале, посвященном работе с FPGA от компании Gowin, я расскажу о том:

• Как установить GOWIN EDA

• Как подготовить FPGA плату и периферию

• Как работать со скриптами сборки примеров

Who GOes and WINs?

Guangdong GOWIN Semiconductors – китайская компания-разработчик FPGA для различных применений. Она начала свою работу в 2014 году и за это время представила 3 семейства FPGA:

• LittleBee - малые по объёму от 1k до 8,5k LUT4 FPGA с различными вариантами дополнительных внутренних блоков таких как SRAM, Bluetooth LE, ARM Cortex-M3

• Arora - средние по объёму от 10k до 55k LUT4 FPGA с более продвинутой периферией и поддержкой DDR3 памяти.

• Arora V - крупные по объёму до 138k LUT4 FPGA c поддержкой DDR3 памяти, продвинутыми DSP блоками и CDR SERDES 12,5Gbps.

Для работы с данными чипами мы можем использовать toolchain от производителя - GOWIN EDA или open source toolchain на основе Yosys.

Установка GOWIN EDA

GOWIN EDA - кроссплатформенная среда разработки для FPGA с полным набором функций необходимых для разработки. Для её скачивания вам потребуется зарегистрироваться на сайте разработчика

Регистрация

и скачать “Gowin Vn.n.n Education” для вашей ОС

Загрузка

Для Windows

После скачивания архива с сайта его необходимо распаковать и запустить .exe файл с установщиком.

Этапы установки

Также соглашаемся на все дальнейшие шаги по установке драйверов

Linux

После скачивания архива с сайта его необходимо распаковать через GUI или командой

tar -xf your_archive_name

Создать директорию gowin в домашней директории через GUI или командой

mkdir ~/gowin

Переместить распакованный архив через GUI или командой

mv ~/Downloads/your_archive_name ~/gowin

Опционально: добавление в PATH для запуска из консоли

Теперь добавим пути до бинарных файлов в переменную PATH через добавление следующих строк в .bashrc файл:

# GOWIN IDE path"
PATH="~/gowin/IDE/bin":$PATH

Теперь можно проверить корректность установки с помощью команд gw_sh (появится приглашение от TCL консоли) и gw_ide (начнётся загрузка EDA GUI).

OpenFPGALoader

В дополнение к Gowin EDA на Linux нам потребуется универсальная утилита для программирования плат с FPGA openFPGALoader.

О том, как установить утилиту на вашу ОС можно узнать на сайте разработчика

Поддерживаемые платы

• Tang Nano 9k

Sipeed Tang Nano 9k – это маленькая и дешёвая, всего 17 USD, отладочная плата с чипом GW1NR-LV9 на 8,5k LUT4, встроенным программатором, 2 кнопками и 6 светодиодами.

• Tang Nano 20k

Sipeed Tang Nano 20k – это почти полный аналог предыдущей модели за исключением чипа, здесь стоит более продвинутый GW2A-18 c 20k LUT4. Стоимость этой платы состовляет порядка 30 USD.

Две следующие платы построены на основе одного SOM-модуля Tang Primer 20K чипом GW2A-18 c 20k LUT4 и 128 MB DDR3 памяти.

• Tang Primer 20k Lite

Sipeed Tang Primer 20k Lite – это “простая” плата, она содержит 4 PMOD-совместимых разъема, 2 кнопки и 2 гребёнки пинов. Стоимость вместе с SOM-модулем около 35 USD.

• Tang Primer 20k Dock

Sipeed Tang Primer 20k Dock – это полноценная отладка с Ethernet PHY, USB-OTG, USB-JTAG, HDMI, stereo DAC, кнопками, переключателями и светодиодами. Стоимость вместе с SOM-модулем около 45 USD.

Поддерживаемая периферия

В упражнениях Школы активно используются семисегментные индикаторы, VGA и микрофоны, которых нет на представленных платах, поэтому предлагается использовать следующие внешние модули:

• TM1638

Данный модуль на основе микросхемы TM1638 даёт возможность управлять 8 светодиодами, 8 семисегментными индикаторами и 8 кнопками. Стоимость модуля составляет около 2 USD.

• PMOD-VGA

Этот модуль представляет собой 4-битный VGA коннектор. Модуль требует 22 провода: из которых 8 для питания, 12 для передачи базовых цветов и 2 для синхронизации сигнала. Стоимость модуля составляет около 8 USD.

• INMP441

Этоn модуль является MEMS микрофоном с I2S интерфейсом. Стоимость модуля составляет около 2 USD.

Схемы подключения периферии

Далее приведены схемы для подключения периферийных модулей к отладочным платам.

О скриптах сборки примеров

Все примеры из репозитория позволяют использовать автоматизированную запуск примеров для различных отладочных плат.

В директории каждого примера находятся bash скрипты для запуска:

• очистки директории от результатов предыдущих работ

• симуляции с использованием Icarus Verilog

• синтеза примера для выбранной отладочной платы

• конфигурирования подключённой отладки

• EDA GUI с открытым проектом примера

• смены используемой платы

• синтеза для ASIC с использованием OpenLane

Работа с системой сборки

Теперь мы готовы начать работу с примерами, для этого сначала создадим локальную копию репозитория с примерами

git clone https://github.com/yuri-panchul/basics-graphics-music

и перейдём в рабочую директорию

cd basics-graphics-music/

Выберем плату для работы

bash check_setup_and_choose_fpga_board.bash

и перед нами появится список всех доступных плат

После выбора платы, перемещаемся в директорию примера со сдвиговым регистром

cd labs/08_shift_register/

Запускаем синтез примера и последующую прошивку платы

bash 03_synthesize_for_fpga.bash

В терминале появятся логи синтеза

а в завершении появится сообщение от openFPGAlaoder

и мы сможем увидеть результат

Примеры работы других примеров

Outro

А на этом всё, и я надеюсь, что у вас получится запустить GOWIN EDA на своём копьютере.