Dans le cadre des laboratoires d’électronique numérique assurés par l’Institut, nous recherchons sans cesse à améliorer et à évoluer les manipulations proposées aux étudiants. L’objectif est de garantir que ceux-ci soient toujours à la pointe de la technologie. Cela implique un investissement important en temps de développement. 

Pour des raisons d'efficacité, l’institut a développé depuis plusieurs années un concept de console de test virtuelle. Il s'agit d'utiliser le PC et son écran comme banc de test. Nous pouvons créer rapidement de nouvelles manipulations de laboratoire ou variantes sans devoir investir dans la réalisation de maquettes physiques qui nécessite du matériel et du temps, donc coûteuse.

Nous avons ainsi développé une carte d'interface connectée au PC via USB. Cette carte dispose de plusieurs connecteurs permettant de se connecter avec la carte de développement FPGA utilisée par les étudiants. 

 

Une interface graphique écrite en Tcl/Tk est développée pour chaque manipulation et mise à disposition des étudiants pour être utilisée comme banc de test. La console graphique tournant sur le PC, permet d’envoyer des « stimuli » vers le FPGA de la carte à tester et d’acquérir les réponses générées par les systèmes conçus par les étudiants. 

Nous avons choisi d'utiliser le langage Tcl/Tk car le simulateur Questasim (ex  ModelSim) est écrit dans ce langage et dispose d'un interpréteur. La console ainsi réalisée est utilisable en mode simulation dans l'outil de vérification et lors du test final avec la carte Console USB et une carte de développement FPGA. En plus les consoles virtuelles permettent d’illustrer une variété illimitée de scenarios, en rendant les laboratoires beaucoup plus didactiques et intéressants. 

Voici un exemple de manipulation représentant une situation réelle où les étudiants doivent concevoir un système pour gérer un carrefour. Le FPGA recevra les données reçues depuis les capteurs et devra fournir les signaux de commande pour les feux. La console peut être animé pour faire avancer les voitures, et si les feux ne sont pas correctement commandés, simuler les accidents !

Une nouvelle génération de carte Console USB2 a été réalisé basée sur une FPGA avec un grand nombre d’entrée-sorties (Altera Cyclone III). Cette carte dispose de trois connecteurs pour la communication avec la carte de développement des étudiants : 2 x SUBD-25 pôles et 1 x connecteur 80 pôles. Ces types de connecteurs sont devenus une norme à l’Institut REDS, et sont présents dans la plupart des cartes FPGA pour les étudiants développées chez nous. Ainsi, la carte Console USB peut être directement reliée à des cartes plus ou moins complexes permettant son utilisation dans des cours de différents niveaux. En plus, les consoles virtuelles déjà développées sont directement utilisables avec les nouvelles cartes crées, en s’adaptant aux évolutions technologiques.

Spécifications

- FPGA EP3C40F484C8N (Cyclone III)
- EPCS16 (chip de configuration FPGA)
- Microcontrôleur CY7C68013A (Cypress)
- USB
- 256 Mbit DDR SDRAM
- Quartz 24MHz
- Alimentation 5V externe ou par USB
- 5 boutons pour la FPGA
- 25x LEDs pour la FPGA
- 8x LEDs pour le microcontrôleur
- protection des I/O par des drivers de ligne
- 1x SUB25 mâle
- 1x SUBD25 femelle
- 1x connecteur 80 pins
- 1x connecteur Mictor connecté sur la FPGA
- connexion JTAG