Écrire un pilote en Userspace pour le FPGA grâce au pilote UIO

Les électroniciennes et électroniciens sont des humains comme les autres, ils ont deux mains, deux pieds et une tête. Quand il s’agit de faire des mesures avec les deux sondes de l’oscilloscope, les deux mains sont vite prises. Comment peut-on encore appuyer sur les boutons de l’engin alors que toutes nos mains sont occupées ? Et si nous utilisions nos pieds ? À l’heure de la démocratisation du vélo utilitaire, il est temps d’ajouter une pédale à votre oscilloscope.

Pour évaluer un nouveau FPGA, on commence généralement avec la conception d’un compteur pour faire clignoter une LED. Ce HelloWorld simpliste nous amène à utiliser toute la chaîne de développement, de la conception du circuit en langage HDL jusqu’à la configuration du FPGA sur le kit. En passant bien sûr par la synthèse, le placement routage et le bitstream. On se penche rarement sur les performances du compteur utilisé pour le clignotement ni comment l’optimiser de manière à augmenter la fréquence de cadencement au maximum qu’il est possible d’obtenir avec le modèle étudié. C’est pourtant ce qu’on se propose de faire dans cet article à partir du kit iCEstick de chez Lattice.

Dans un précédent article, nous avons présenté le simulateur Verilator. C’est un simulateur un peu particulier qui convertit le modèle HDL en une classe C++. Le banc de test est ensuite écrit sous la forme d’un programme en C++. Nous avons montré qu’avec cette méthode, on accélère énormément la simulation. Le problème de Verilator, c’est qu’il cible le langage Verilog. Or, l’industrie utilise également le VHDL comme standard de description matériel. Nous allons voir dans cet article qu’il est tout de même possible d’utiliser Verilator avec du VHDL grâce au couple de logiciels Yosys et GHDL. Nous en profiterons pour comparer trois méthodes de simulation, une avec GHDL, une avec NVC et enfin avec Verilator.

On se propose ici d’utiliser un FPGA GW1NSR de la société chinoise Gowin pour transformer sa Game Boy en véritable console de salon, avec le branchement HDMI ainsi que la manette de Super NES. Le (relatif) plug & play du montage transforme ainsi la Game Boy en une Game Boy-Switch rétro à la sauce Formicapunk. On peut y jouer en mode portable comme à l’époque et si on l’insère dans le montage, il est possible d’y jouer sur sa télé HDMI avec une manette de Super NES.