Digilent USB104 A7. Komputer z FPGA Xilinx w formacie PC/104

Digilent USB104 A7. Komputer z FPGA Xilinx w formacie PC/104

Digilent jest największym na świecie producentem zestawów startowych z FPGA i SoC marki Xilinx. Firma stopniowo rozszerza swoją ofertę o rozwiązania przemysłowe, takie jak prezentowany w artykule komputer w formacie mechanicznym PC/104, wyposażony w rekonfigurowalny układ FPGA z rodziny Artix-7.

Komputer Digilent USB104 A7 pokazany na fotografii tytułowej (z dołączonym ekspanderem Pmod i kartą SYZYGY) jest uniwersalnym, rekonfigurowalnym systemem cyfrowym, który może być stosowany alternatywnie do klasycznych rozwiązań w formacie mechanicznym PC/104. Moduł nie jest wyposażony w charakterystyczny system złączy z magistralą ISA, wyposażono go natomiast w złącze SYZYGY, które służy do instalacji kart rozszerzeń funkcjonalnych, np. ZMOD ADC1410 (fotografia 1), ZMOD DAC1411 (fotografia 2) lub innych, zgodnych ze standardem SYZYGY.

Fotografia 1. Wygląd karty rozszerzającej przetwornika ADC ZMOD ADC1410
Fotografia 2. Wygląd karty rozszerzającej przetwornika DAC ZMOD DAC1411

Najważniejszym elementem systemu USB104 A7 jest układ FPGA z rodziny Artix-7 firmy Xilinx (XC7A100T-1CSG324I), który oferuje użytkownikom ponad 100000 rekonfigurowalnych komórek logicznych, 240 rekonfigurowalnych bloków DSP oraz 8 transceiverów GTP o maksymalnej szybkości transmisji 6,6 Gb/s. Konfiguracja startowa układu FPGA jest przechowywana w pamięci Flash QSPI o pojemności 16 MB. Zastosowany przez producenta układ FPGA, podobnie jak pozostałe komponenty, jest przystosowany do pracy w przemysłowym zakresie temperatur –40…+85°C.

Do układu FPGA dołączono pamięć DDR3 o pojemności 512 MB z 16-bitową magistralą danych, która jest taktowana z maksymalną częstotliwością 800 MHz.

Cechy i parametry zestawu USB104 A7
  • wbudowany układ FPGA Artix-7 100T (XC7A100T-1CSG324I):
    • komórki logiczne: 101,440,
    • bloki DSP: 240,
    • wbudowana pamięć: 4860 kb,
    • transceivery GTP 6,6 Gb/s: 8,
  • pamięć RAM 512 MB DDR3/DDR3L z 16-bitową magistralą,
  • pamięć Flash 16 MB Quad-SPI do przechowywania konfiguracji FPGA,
  • interfejs USB-JTAG,
  • mostek USB-UART,
  • interfejs DPTI/DSPI do szybkiego przesyłania danych z hosta do FPGA,
  • wbudowany koncentrator USB,
  • 2 przyciski,
  • 4 diody LED,
  • zintegrowany port SYZYGY (Zmod),
  • 3 porty Pmod,
  • płytka drukowana jest zgodna z formatem PC/104 i zawiera standardowe otwory montażowe,
  • wymiary 95,89×90,17 mm.

Użytkownik ma do dyspozycji także dwa kanały USB dołączane do zewnętrznego komputera za pomocą jednego interfejsu, a to dzięki zintegrowanemu w USB104 A7 hubowi USB. Jeden z kanałów USB służy do konfiguracji i debugowania pracy FPGA, drugi jest wykorzystywany jako konwerter komunikacyjny DPTI (Digilent Parallel Transfer Interface) dla aplikacji użytkownika. Funkcję lokalnego interfejsu użytkownika spełniają dwa przyciski chwilowe oraz 4 diody LED, dołączone bezpośrednio do wyprowadzeń FPGA.

Oprócz wspomnianego wcześniej złącza SYZYGY, komputer USB104 A7 wyposażono w trzy 12-stykowe złącza Pmod, które pozwalają na dołączenie do układu FPGA różnorodnych ekspanderów z wyprowadzeniami zgodnymi ze standardem firmy Digilent. W skład zestawu prezentowanego w artykule, poza komputerem z układem FPGA, wchodzą także: zasilacz sieciowy, kabel USB i cztery tuleje montażowe.

Rysunek 1. Schemat blokowy przygotowanej przez firmę Digilent aplikacji demonstrującej użycie „miękkiego” mikroprocesora Microblaze w zestawie USB104 A7

Producent przygotował dla użytkowników kilka przykładowych projektów dla FPGA, w tym takie, które bazują na „miękkim” mikroprocesorze Microblaze. Jeden z dostępnych przykładów dla środowiska Vivado Design Suite 2020.1 pokazano w postaci schematu blokowego na rysunku 1.

Fotografia 3. Komputer USB104 A7 z dołączonym przetwornikiem ADC ZMOD ADC1410 podczas weryfikacji przykładu demonstracyjnego przygotowanego przez firmę Digilent

Mikroprocesor Microblaze można oczywiście zastosować we własnych aplikacjach, odpowiednio modyfikując wykonywany przez niego program. Dostępne bezpłatnie są także kompletne projekty demonstracyjne dla Vivado, pokazujące współpracę ekspanderów ze złączami SYZYGY – ZmodADC (fotografia 3) i ZmodDAC z komputerem USB104 A7.

Andrzej Gawryluk
KAMAMI.pl

Więcej informacji:
 
Dystrybutorem sprzętu produkowanego przez Digilent jest sklep www.kamami.pl
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik październik 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio listopad 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

Automatyka Podzespoły Aplikacje październik 2020

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna październik 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich październik 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów