RedPitaya, le couteau suisse des laboratoires

Carte RedPitaya
Carte RedPitaya

RedPitaya est une carte FPGA « bas coût » (~200 €), venant révolutionner le monde du maquettage nécessitant des performances élevées. La carte se présente comme un coûteux Suisse du test, de la mesure et du contrôle de signaux rapide. Elle permet de remplacer de nombreux instruments de laboratoire onéreux et tout ceci de manière très simple grâce à une bibliothèque d’applications open source en ligne.

Depuis sa sortie en 2014, je l’utilise dans de nombreux projets amateurs et professionnels. Il me permet de rajouter des fonctions de contrôles, et de diagnostic.  

Présentation

La carte RedPitaya est une carte de développement comme Arduino ou Raspberry Pi, où les possibilités sont infinies. La particularité de cette carte est sa capacité de gérer des signaux rapides jusqu’à 50Mhz.

La carte peut être utilisée rapidement avec les applications disponibles, ou peut être exploitée comme une plate-forme ouverte. Il est possible de l’adapter à un grand nombre de projets nécessitant un contrôle rapide et performant comme du traitement de signal ou de la radio logicielle.

À propos Red Pitaya est un spin off d’Instrumentation Technologies inc., créée en 2013. Instrumentation Technologies Inc (anciennement LIBERA) est spécialisé dans la conception et la fabrication d’instruments de haute performance pour les accélérateurs de particules. Redpitaya, est une entreprise slovène proposant un instrument open source et haute performance avec sa plate-forme de la taille d’une carte de crédit STEMlab™

Red Pitaya a bénéficié du soutien de la communauté d’ingénieurs et de chercher pour se développer et devenir un outil de laboratoire indispensable, et un outil pédagogique très complet. Ce succès peut être attribué à l’approche unique de RedPitaya : une plate-forme basée sur un FPGA Xilinx (cœur SOFT) reconfigurable et open source.  

Son architecture

La carte est basée sur un système sur puce SOC — FPGA de la gamme Xilinx Zynq qui permet de combiner la capacité de programmation d’un cœur ARM Cortex-A9 à double cœur (LINUX embarqué).  Les capacités matérielles d’un FPGA permettent de fournir un système d’une performance inégalée.

Architecture RedPitaya
Architecture RedPitaya

L’instrument est équipé de deux entrées et deux sorties analogiques RF (125 MS/s). Différente résolution sont proposé (10,14 ou 16 bits), quatre entrées et quatre sorties analogiques (100 kS/s), ainsi que de 16 ports entrés/sorties logiques universels. Coté connectivité, nous pouvons compter sur un port ETHERNET 1 Gbit, un port USB 2.0 et autre protocoles (I2C, SPI, UART), le tout peut être autonome grâce à la carte SD.

Pour le soft la carte est basée sur le système d’exploitation GNU/Linux. elle peut être programmée avec différents niveaux avec une variété d’interfaces logicielles, les langages de programmation sont : HDL/Verilog, C/C++, Python/Jupyter, et un serveur web intégré (NGINX) pour des interfaces web basées sur HTML/JavaScript.

Par où commencer ?

Avec ces types de cartes, la seule limite est votre imagination et votre besoin. Mais un long parcours vous attend, si vous voulez maitriser d’ensemble des possibilités de cette carte. Il existe donc plusieurs niveaux d’utilisation de la carte, du plus simple au plus complexe :

  1. Instrument de laboratoire, avec les outils fournis ;
  2. Post-traitement : avec un PC connecté à la carte, les outils de développement sont multiples : LabVIEW, Matlab, Scilab, Python, C/C++.
  3. Standalone: dans ce cas, le programme est exécuté dans le cœur ARM (Linux) de la carte RedPitaya. Les programmes peuvent être écrits en C/C++, Python, Shell Linux. Coté interface, la carte nous offre un serveur NGINX permettant le développement d’application WEB (HTML/CSS, JavaScript/C).
  4. Temps réel : ici il faudra directement créer des fonctions dans le cœur du FPGA en HDL/Verilog avec le programme Xilinx Vivado. Pour ce niveau, il est nécessaire d’avoir de solide base en FPGA.  

Je reviendrais avec des tutoriels pour chaque niveau, donc continué à me suivre. Mais pour commencer, vous pouvez regarder le manuel de RedPitaya, qui est très bien fait, et explique pas à pas les différentes étapes de mise en route : ICI.

Les ressources sur cette carte sont nombreuses, en voici quelqu’une bien utile :

Ou se procurer la carte ?

RedPitaya

Pour le Hardware, la STEMlab est disponible en quatre versions, toutes offrent les mêmes fonctions et caractéristiques avec la différence dans les spécifications techniques des entrées et sorties haute fréquence, la capacité de la RAM et d’autres différences. Voici un tableau simplifié de ces 4 cartes :

STEMLab 125-10 125-14 122-16
SDR
250-12
Prix 206€ 275€ 450€ 1 500€
FPGA Xilinx7010 SOC7010 SOC7020 SOC
Sampling rate 125 MS/s125 MS/s 122.88 MS/s 250 MS/s
2 RF input 10 bit
1MOhm
14 bit
1MOhm
16 bit
50Ohm
12 bit
1MOhm
2 RF output 10 bit
±1 V
 50 Ohm
14 bit
±1 V
 50 Ohm
10 bit
±1 V
 50 Ohm
10 bit
±5 V
 50 Ohm

La boutique officielle : https://www.redpitaya.com/Catalog

Nous retrouvons aussi la Red pitaya, chez les revendeurs standard (RS, mousser)

Si vous voulez monter un projet scolaire avec cette carte, contactez-moi pour un prêt gratuit.

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