Краткая инструкция, о том, как запрограммировать чип FPGA Gowin с использованием только свободных программных инструментов и комплекта Sipeed Tang Primer 20K Dock.
Введение
Sipeed Tang Primer 20K с Dock ext-board -- доступный комплект FPGA на базе чипа GW2A-LV18PG256C8/I7 семейства Arora компании Gowin, включающий в себя плату Dock ext-board со множеством внешних интерфейсов, встроенным программатором JTAG и разъёмом для SoM, собственно SoM с чипом Gowin и разъёмом для подключения программатора, кабель USB и кабель программатора. Более подробный обзор этого комплекта по ссылке.
В качестве инструментальной операционной системы используется Fedora Linux, но должно работать в большинстве других дистрибутивов Linux, включая Ubuntu.
Компания Gowin для производимых ею чипов FPGA предлагает собственные проприетарные инструменты, про которые подробнее можно прочитать по ссылке. Но нас будет интересовать набор свободно-распространяемых инструментов Yosys.
Подключение к компьютеру с Linux
Используем прилагающийся кабель Type-C -> Type-A. После подключения к ПК с Linux смотрим лог:
sudo dmesg | tail -20
[ 4187.370979] Purging GPU memory, 0 pages freed, 0 pages still pinned, 4 pages left available.
[ 4187.466512] Purging GPU memory, 0 pages freed, 0 pages still pinned, 4 pages left available.
[ 4188.026603] Purging GPU memory, 0 pages freed, 0 pages still pinned, 4 pages left available.
[ 4188.330211] Purging GPU memory, 0 pages freed, 0 pages still pinned, 4 pages left available.
[ 4188.716163] oom_reaper: reaped process 3490 (ptyxis), now anon-rss:60kB, file-rss:68kB, shmem-rss:8kB
[ 8195.983177] usb 1-1: new full-speed USB device number 2 using uhci_hcd
[ 8196.332263] usb 1-1: not running at top speed; connect to a high speed hub
[ 8196.364257] usb 1-1: New USB device found, idVendor=0403, idProduct=6010, bcdDevice= 5.00
[ 8196.364273] usb 1-1: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[ 8196.364281] usb 1-1: Product: JTAG Debugger
[ 8196.364288] usb 1-1: Manufacturer: SIPEED
[ 8196.364294] usb 1-1: SerialNumber: FactoryAIOT Pro
[ 8196.524255] usbcore: registered new interface driver ftdi_sio
[ 8196.524280] usbserial: USB Serial support registered for FTDI USB Serial Device
[ 8196.524393] ftdi_sio 1-1:1.0: FTDI USB Serial Device converter detected
[ 8196.524433] usb 1-1: Detected FT2232C/D
[ 8196.528351] usb 1-1: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB0
[ 8196.528445] ftdi_sio 1-1:1.1: FTDI USB Serial Device converter detected
[ 8196.528483] usb 1-1: Detected FT2232C/D
[ 8196.530308] usb 1-1: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB1
Устройство определилось как программатор подключённый к ttyUSB1.
Посмотрим ещё командой lsusb:
Bus 001 Device 002: ID 0403:6010 Future Technology Devices International, Ltd FT2232C/D/H Dual UART/FIFO IC
Программные инструменты
Команда Yosys осуществляет ежесуточную сборку пакета инструментов, которую можно загружать из раздела релизов репозитория по ссылке. Предоставляются сборки для трёх основных операционных систем. Загружаем и распаковываем в подходящее место в домашнем каталоге архив для Linux.
Для настройки пакета, нужно запустить следующий скрипт:
source oss-cad-suite/environment
Другой путь установки инструментов -- воспользоваться пакетом Python Apycula:
pip3 install Apycula
Также загрузим исходники Apicula, проекта поддержки Gowin в Yosys. Они нам потребуются ради примеров.
git clone https://github.com/YosysHQ/apicula
Стадии
Перейдём в каталог examples исходников Apicula и займёмся примером blinky.v на языке Verilog. Ниже все стадии.
Synthesis
На Dock ext-board шесть светодиодов, поэтому параметр ниже LEDS_NR=6.
yosys -D LEDS_NR=6 -p "read_verilog blinky.v; synth_gowin -json blinky.json"
Результат будет записан в файл blinky.json.
Place & Route
Зададим значения переменным DEVICE и BOARD:
DEVICE="GW2A-LV18PG256C8/I7"
BOARD="primer20k"
DEVICE это наименование чипа FPGA Gowin, его можно найти на самом чипе, а также на странице проекта по названию модели платы.
BOARD это условное наименование платы SoM Tang Primer 20K.
И вызовем команду nextpnr-himbaechel, предназначенную для чипов Gowin:
nextpnr-himbaechel --json blinky.json --write pnrblinky.json --device $DEVICE --vopt cst=$BOARD.cst --vopt family=GW2A-18
Результат будет записан в файл prnblinky.json.
На этом этапе дополнительно можно построить диаграмму блоков с помощью программы netlistsvg, которую нужно устанавливать отдельно:
netlistsvg pnrblinky.json -o blinky.svg
Bitstream Generation
Генерируем прошивку на основе информации, полученной на предыдущем этапе:
gowin_pack -d $DEVICE -o pack.fs pnrblinky.json
Programming
Прошиваем чип Gowin:
openFPGALoader -b tangprimer20k pack.fs
И наблюдаем моргающий LED0 FPGA_DONE и замысловато моргающую линейку светодиодов LED2-LED5.
(c) Симоненко Евгений, 2025