Xilinx spartan что это
Xilinx spartan что это
Руководство по быстрому старту с платой QMTECH Xilinx SPARTAN-6.
Автор: ITPS
Опубликовано 31.05.2019
Создано при помощи КотоРед.
Часть1. Руководство по быстрому старту с платой QMTECH Xilinx SPARTAN-6.
Данное руководство не претендует на новизну или оригинальность – хочу помочь начинающим быстрее разобраться с платой. Может где-то и повторяюсь, но, думаю, информации по быстрым стартам, особенно для новичков много не бывает.
Для начала можно приобрести данную плату (я например заказал с Алиэкспресс):
Внешний вид отладочной платы:
…имеет на борту
1) разъём питания (я подаю 9В)
2) стабилизатор
3) 3 кнопки (2 пользовательские и 1 системная – загрузка конфигурации из FLASH в ПЛИС)
4) 4 светодиода (2 пользовательские, индикатор загрузки и питания)
5) Разъем для подключения программатора по JTAG (Platform Cable USB)
6) SPI FLASH для хранения конфигурации
7) SDRAM 32Mb
8) Отверстия для впайки разъемов (пользовательские входы-выходы)
9) Сама ПЛИС Xilinx S-6 (на корпусе обозначение БИС и тип корпуса).
//input clock signal
NET «sys_clk» LOC = A10 | IOSTANDARD = LVTTL; // (ножка А10, стандарт ТТЛ например)
//reset signal
NET «sys_rst_n» LOC = R7 | IOSTANDARD = LVTTL; // (можно и подтяжку добавить – позже разберётесь сами, это не сложно)
//led_1 signal
NET «led_1» LOC = T9 | IOSTANDARD = LVTTL;
//led_2 signal
NET «led_2» LOC = R9 | IOSTANDARD = LVTTL;
//key_1 signal
NET «key_1» LOC = T8 | IOSTANDARD = LVTTL;
parameter DLY_CNT = 32’d50000000;
parameter HALF_DLY_CNT = 32’d25000000;
reg r_led;
reg l_led;
reg [31:0]count;
//counter control
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
begin
if(!sys_rst_n)
begin
count
Xilinx spartan что это
Главная страница > Компоненты > Xilinx
Архитектура серии Spartan основана на архитектуре серии XC4000 и включает аналогичные КЛБ (конфигурируемые логические блоки) и организацию соединений между ними. Благодаря улучшениям в технологии, снижению потребляемой мощности, улучшениям в размещении проекта в кристалле, серия Spartan может работать на системной частоте 80МГц, внутренней частоте более 150МГц, и стоимость кристаллов Spartan сравнима со стоимостью заказных кристаллов.
Для снижения стоимости в архитектуру Spartan по сравнению с архитектурой XC4000 были внесены изменения. Были убраны некоторые редко используемые свойства серии XC4000, такие как поддержка асинхронного RAM, распределенные дешифраторы и возможность параллельной загрузки. Были добавлены несколько встроенных цепей тестирования для упрощения проверки работы проекта и снижения стоимости внешнего тестового оборудования. Также, малые размеры кристалла позволяют производить корпусирование в более дешевые, меньшего размера корпуса с числом контактов от 90 до 304. Упрощенный САПР позволяет снизить время проектирования и тестирования, тем самым снижается стоимость конечного продукта.
Как упоминалось выше, КЛБ в серии Spartan имеют похожую архитектуру с серией XC4000. Каждый КЛБ содержит 2 триггера с раздельными входами разрешения тактирования, логику быстрого переноса, 2 четырех входовых генератора логических или булевых функций. Буферы в блоках ввода-вывода имеют программируемый контроль задержек на выходе для увеличения быстродействия и снижения шумов в сигнале. Входные регистры имеют нулевую задержку пропускания.
Проектирование серии Spartan осуществляется с помощью САПР Foundation Series и Alliance Series.
ПЛИС фирмы Xilinx, вариант — микросхемы семейства Spartan-7
В данной статье представлен перевод материала, взятого с сайта Xilinx. Уровень владения языка и осведомленность в данной теме оставляет желать лучшего, но, надеюсь, данный материал кому-то принесёт пользу.
Автомобильная модель Spartan-7. Преимущества продукта
Семейство Xilinx Spartan-7 предлагает ряд недорогих и высокоэффективных ПЛИС. Эти устройства были специально разработаны для удовлетворения особых потребностей чувствительного рынка.
ПЛИС Spartan-7 объединяет в себе высокопроизводительную программируемую архитектуру 28 нм с низкой стоимостью, компактным размером корпуса, обеспечивающий высокую производительность при небольшой занимаемой площади на печатной плате. Ключевые преимущества семейства Spartan-7 включают в себя:
Это обеспечивает проектировщика необходимыми ресурсами при низком энергопотреблении и низкой общей стоимости для удовлетворения потребностей чувствительных к стоимости приложений.
Семейство Xilinx Spartan FPGA заслужило свое наследство как ведущий класс ПЛИС с оптимальной стоимостью с момента его создания в 1998 году. Оно включает в себя множество поколений недорогих устройств малого форм-фактора, предназначенных для соединения, коммутации, управления, обработки, сопряжений и других функций. Но для соответствия производительности и возможности, необходимым для современных приложений, например, для «Промышленного интернета вещей» (I-IoT), усовершенствованных систем помощи водителю (ADAS) / систем осведомленности водителя и медицинских систем следующего поколения, требуется гораздо больше, чем одна логика. Ввиду этого растущего спроса на функциональные возможности небольшого размера семейство Spartan-7 и программный процессор MicroBlaze созданы для удовлетворения потребностей в высокопроизводительной, оптимизированной по стоимости, программируемой логике и встроенной обработке, доступной в компактном виде. Выбирая идеальный процесс Xilinx разработал 28-нм технику HPL совместно с TSMC при создании устройств серии 7 (Artix-7, Kintex-7 и Virtex-7).
Процесс производства металлических затворов с высоким значением диэлектрической константы (HKMG) обеспечивает наилучшее сочетание высокой производительности и низкого энергопотребления, позволяя создавать разные семейства для обслуживания различных потребностей рынка. FPGA Spartan-7 используют тот же процесс 28HPL, что и установленные семейства 7-й серии, и получают выгоду от множества базовых элементов архитектуры. В результате появилось семейство компактных, оптимизированных по стоимости ПЛИС, которые обеспечивают высокую логику и производительность ввода-вывода при строго контролируемом энергопотреблении и способны вписаться в агрессивно малый корпус форм-фактора — и все это при низких затратах. Гибкость процесса также позволяет устройствам работать при двух разных напряжениях ядра, что позволяет пользователю выбирать компромисс между максимальной производительностью и минимальным энергопотреблением. В отличие от процесса 28LP, используемого конкурирующими ПЛИС, процесс 28HPL имеет достаточно широкое операционное окно, позволяющее устройствам достигать лучшей метрики производительности/мощности, то есть более высокой производительности при более низком энергопотреблении.
Архитектура успеха. Логическая структура является основой для всех архитектур ПЛИС. Логические ячейки являются единой мерой емкости и возможностей устройства, но для того, чтобы разработчик понимал, что можно сделать с устройством, иногда необходимо более глубоко изучить составляющие блоки. ПЛИС Spartan-7 использует настраиваемый логический блок (CLB), который содержит срезы, которые состоят из справочных таблиц (LUT), цепочек переноса и регистров. Эти срезы могут быть сконфигурированы для выполнения логических функций, арифметических функций, функций памяти и функций сдвига регистров. Благодаря поколениям ПЛИС Spartan-7 количество ресурсов в CLB эволюционировало, чтобы постоянно обеспечивать оптимальные возможности по разумной цене. Например, CLB в Spartan первого поколения (конец 1990-х годов) содержал одну LUT с 3 входами, две LUT с 4 входами и два регистра. Сравнивая это с восемью 6-входными LUT и шестнадцатью регистрами в CLB в ПЛИС Spartan-7, легко увидеть прогресс в работе устройства.
LUT в Spartan-7 могут быть сконфигурированы как одна 6-входная LUT с одним выходом или как две 5-входные LUT с отдельными выходами. Каждый LUT может быть дополнительно зарегистрирован в триггере. Четыре LUT и восемь триггеров образуют срез, а два среза образуют CLB. Некоторые из секций могут также использовать свои LUT в качестве распределенной 64-битной оперативной памяти или в качестве 32-битных сдвиговых регистров (SRL32). Эти мощные и гибкие функции могут быть реализованы непосредственно на этапе синтеза Vivado Design Suite, что позволяет пользователям использовать расширенные возможности, не тратя время на изучение всех отдельных портов и имен сигналов различных блоков. Однако эффективность проектирования, предлагаемая ПЛИС Spartan-7, не ограничивается LUT и регистрами; блоки, предназначенные для обработки и хранения цифровых сигналов, также доступны для разработчика. DSP Аудио и видео контент все чаще встречается в современных системах. Высокоскоростные математические характеристики необходимы для обеспечения возможности манипулирования цифровыми аудио- и видеоданными. Для облегчения проектирования в такой среде все FPGA Spartan-7 включают в себя несколько фрагментов DSP, каждый из которых содержит два фрагмента DSP. Каждый срез содержит множитель 25×18 и 48-разрядный аккумулятор, способный работать на частотах 550 МГц или выше.
25-битный предварительный сумматор позволяет экономически эффективно создавать симметричные фильтры, такие как FIR-фильтры. Если посмотреть на устройство средней комплектации Spartan-7, такое как XC7S50, то есть 120 DSP-срезов, которые, если все они используются для реализации симметричных FIR-фильтров, обеспечивают проектировщику 132 GMAC/с вычислительной мощности. Конечно, при всех этих возможностях обработки проект также требует места для хранения данных до и после обработки.
32-разрядный программный процессор RISC MicroBlaze
Процессор MicroBlaze представляет собой 32-разрядный микропроцессор с высокой степенью конфигурации, оптимизированный для ПЛИС Xilinx. Чтобы ускорить развертывание приложения, были определены предустановленные конфигурации («предустановки»), которые аналогичны другим известным классам процессоров:
Начиная с этих предустановок, можно добавлять или удалять различные конкретные параметры для дальнейшей настройки процессора в соответствии с конкретными потребностями приложения. Процессор MicroBlaze отвечает требованиям для множества различных приложений на рынках I-IoT, медицины, автомобилестроения, бытовой техники и связи, в частности. Процессор MicroBlaze может использоваться во всех семействах Xilinx FPGA и All Programmable (AP) SoC. Он бесплатно входит в комплект инструментов Vivado HL WebPACK Edition. Используя IP-интегратор инструментов Vivado, процессор MicroBlaze можно расширить с помощью IP-адреса из каталога периферийных устройств с поддержкой драйверов, таких как ШИМ, UART, последовательные интерфейсы и т. Д. Дизайнеры могут использовать бесплатный комплект разработки программного обеспечения Xilinx на основе Eclipse.
В дополнение к распределенной оперативной памяти, упомянутой ранее, все ПЛИС Spartan-7 содержат настраиваемые блоки памяти объемом 36 КБ, называемые блочной оперативной памятью. Каждый блок ОЗУ может поддерживать различные режимы работы, включая однопортовый, простой двухпортовый, истинный двухпортовый и FIFO. ОЗУ блока можно использовать как отдельные блоки по 36 КБ, разделить на два независимых блока по 18 КБ или соединить вместе, чтобы получить ОЗУ объемом 64 КБ или более. Для обеспечения правильного содержимого памяти каждый блок RAM имеет дополнительную схему проверки и исправления ошибок (ECC), способную исправлять однобитовые ошибки и обнаруживать двухбитные ошибки. FPGA Spartan-7 содержат до 120 блоков оперативной памяти, что эквивалентно 4,2 МБ встроенной памяти. Добавьте к этому распределенную оперативную память, и доступное хранилище увеличится до 5,3 МБ. Интерфейс ввода-вывода и памяти FPGA Spartan-7 обмениваются данными через печатную плату через свои высокочастотные (HR) входы/выходы, способные взаимодействовать по многим стандартам, включая HSTL, SSTL, LVDS, LVCMOS и RSDS, работающие от 1,2 В до 3,3 В. Программируемая мощность привода позволяет вводу-выводу HR может обеспечивать любое соединение с любым до 1250 Мбит/с, потребляя при этом как можно меньше энергии. Для дальнейшего снижения энергопотребления в блоке ввода/вывода отдельные компоненты могут быть отключены, если они не используются. Например, буфер вывода отключен во время транзакции чтения, а буфер ввода отключен во время операции записи.
Подобно тому, как включены другие функции Spartan-7, Vivado Design Suite избавляет дизайнера от сложности решения, когда отключать буферы ввода-вывода. HR-входы в Spartan-7 расположены в блоках по 50 выводов ввода-вывода. Благодаря реализации встроенной памяти PHY, каждый полностью связанный банк способен реализовать интерфейс памяти. Инструмент генератора интерфейсов памяти (MIG), доступный в Vivado Design Suite, упрощает создание контроллеров программной памяти в соответствии с требованиями дизайнера. Он может быть настроен для поддержки до 800 Мбит/с недорогой основной DDR3 или может альтернативно поддерживать устаревшие стандарты, такие как DDR2 и LPDDR2. В таблице 1 показаны возможности Spartan-7 в табличном формате. На печатных платах такие приложения, как промышленные системы управления, часто имеют электронику, распределенную по большой площади, но с очень ограниченной областью, доступной в каждом месте. Как правило, сигналы от датчиков должны быть сопоставлены, обработаны и отправлены в центральный блок управления для объединения вместе. Физическая область, доступная для выполнения начальной сортировки и обработки, часто очень ограничена.
Небольшой форм-фактор, недорогие сборки. Чтобы втиснуть мощные программируемые возможности в ограниченном пространстве, семейство Spartan-7 использует ряд недорогих сборок размером от 8×8 мм с шагом 0,5 мм. Устройства, доступные в одной и той же сборке, всегда совместимы с занимаемой площадью, поэтому пользователь может мигрировать вверх в пределах одного пакета, если требуется расширенная функциональность.
XADC. Большинство Spartan-7 содержат гибкий аналоговый интерфейс, называемый XADC. В сочетании с программируемой логикой XADC может выполнять широкий спектр функций сбора данных и мониторинга. Это позволяет разработчику отслеживать поведение системы даже в удаленных труднодоступных местах.
XADC содержит два 12-разрядных АЦП 1MSPS с отдельными усилителями отслеживания и удержания, встроенный мультиплексор до 17 внешних аналоговых входов и встроенные датчики температуры и питания для обеспечения общей надежности, доступности, безопасности и безопасности системы. соответствующие уровню безопасности FIPS 140-2 4. Большинство ПЛИС Spartan-7 обеспечивают безопасность проектирования и IP с помощью ряда различных мер. Программный файл или поток битов может быть зашифрован с использованием 256-битного шифрования AES, чтобы обеспечить конфиденциальность при выключении системы и во время настройки при включении. Ключ дешифрования может храниться либо в ОЗУ с резервным питанием от батареи, либо в eFuse, причем первый может очищать содержимое ключа при обнаружении подделки.
Предоставление инструментов для работы в среде Vivado IDE представлена простая методология разработки с кнопками со многими расширенными функциями, позволяющая дизайнерам быстро создавать проекты, ориентированные на FPGA и SoC. Многие функции повторного использования дизайна позволяют упаковывать разделы дизайна или IP, созданные для одного устройства или семейства, для последующего повторного использования в другом устройстве или семействе, использующем аналогичную архитектуру. Например, разработчик может создать IP-адрес, который используется в Spartan-7. По мере развития системных требований разработчик может повторно использовать тот же IP-адрес в ПЛИС Artix-7. Vivado Design Suite позволяет пользователю вводить RTL-проекты на выбранном ими языке с поддержкой VHDL 2008, Verilog и System Verilog. После того, как дизайн создан, появилось множество инструментов отладки и проверки для обеспечения правильной функциональности, в том числе бесплатный инструмент для моделирования на разных языках без ограничений строки кода. Все производственные устройства Spartan-7 поддерживаются бесплатными Vivado HL WebPACK Edition и Xilinx SDK, что обеспечивает самый быстрый и недорогой инструмент для этих устройств. ПЛИС Spartan-7 объединяют в себе высокопроизводительную программируемую архитектуру 28нм в недорогом, компактном корпусе, обеспечивающей высокую производительность при небольшой занимаемой площади печатной платы. Сочетание логики, памяти, DSP, ввода-вывода и схемы интерфейса памяти, программного процессора MicroBlaze и периферийного IP-адреса и 28-нм высокопроизводительного процесса с низким энергопотреблением позволяет устройствам Spartan-7 выполнять сложные функции, такие как интерфейс датчиков, управление двигателем и протокол соединения. Установленный Vivado Design Suite предоставляет множество функций, позволяющих сэкономить время и позволяющих дизайнерам создавать сложные чувствительные к стоимости проекты на Spartan-7 с относительно небольшими усилиями.
Оптимизация ввода/вывода с высокой производительностью на ватт. Непревзойденная производительность и энергоэффективность при наименьших затратах Если ваши требования к питанию или производительности столь же сложны, как и ваши затраты, обращайтесь к ПЛИС Spartan-7. Изготовленное с использованием процесса HPL 28 нм TSMC, это семейство объединяет обширные возможности архитектуры ПЛИС серии Xilinx 7 с небольшим форм-фактором и RoHS-совместимой упаковкой для наиболее оптимизированного решения для подключения в портфеле серии 7. Эффективная архитектура CLB 7-й серии, улучшенный DSP и блочная RAM позволяют снизить энергопотребление примерно на 50% по сравнению с предыдущими Spartan семействами и в то же время повысить производительность на 30%. 32-разрядный RISC-процессор MicroBlaze обеспечивает 200-мегапиксельную вычислительную мощность на устройстве Spartan-7. Устройства Spartan-7 обеспечивают, в частности, ключевые возможности подключения и обработки на промышленном, автомобильном, информационно-развлекательном, потребительском и коммуникационном рынках. Лидирующая в отрасли поддержка инструментов и IP с помощью Vivado Design Suite. Начните работу с создания правильного блочного дизайна, используя обширный каталог из более чем 200 доступных 7-серийных IP-решений в Vivado Design Suite IP Integrator. Для быстрого развертывания процессора MicroBlaze доступны предварительные настройки для случаев использования микроконтроллера, процессора реального времени и процессора приложений. Начните с предустановки, затем дополнительно настройте конкретные функции процессора в соответствии с конкретными потребностями вашего приложения. Затем расширьте свою процессорную систему MicroBlaze, используя перетаскивание IP-адресов из каталога периферийных устройств с поддержкой драйверов, таких как ШИМ, UART, последовательные интерфейсы и т. д. Ускорьте замыкание синхронизации и увеличьте использование на 20%, используя экспертную оценку Vivado Design Suite и маршрутные технологии. Проверьте свой дизайн с меньшими хлопотами, используя симулятор смешанного языка без ограничений строки кода, без каких-либо дополнительных затрат. Процессор MicroBlaze, периферийные устройства drag-n-drop, версия Vivado HLx Design Suite WebPACK и комплект разработки программного обеспечения на основе Eclipse — все это бесплатно от Xilinx, что позволяет вам использовать самые быстрые и недорогие инструменты проектирования для этих устройств.
Особенности 28-нм TSMC:
XILINX XC3S200 FPGA module. FPGA kit. Development board SPARTAN-3
В данном обзоре речь пойдёт о Спартанце-3 (SPARTAN-3 XILINX FPGA).Для тех, кто пока не понимает что это, скажу что это что-то похожее Arduin-ку, но если присмотреться…
Прежде всего хотелось бы сказать СПАСИБО всем посетителям муськи отдавшим голоса за мой предыдущий обзор.Благодаря вам я стал победителем и получил приз(мелочь а приятно), который будет стимулом показывающим что вас интересно то что я делаю.Предлагаю читающим в комментариях оставлять ссылки на интересные товары обзоры которых вы бы хотели увидеть, если вещь покажется мне интересной возможно на неё будет следующий обзор.Ведь кто платит тот и музыку ставит 🙂
Наступает зима праздники, морозы, сугробы, грязь из солевой каши.В общем количество проводимого дома свободного времени резко возрастает.Задумался я чем коротать тёмные холодные зимние вечера.(Пиво и зомбоящик не моя тема)
Микроконтроллер это как простой компьютер который расположен на одном кристалле(в одной микросхеме) в нём встроена память порты ввода вывода(благодаря ним он взаимодействует с внешним миром) и много других полезных вещей.Архитектура (расположение и соединение логических элементов) в микроконтроллерах жёсткая и не изменяемая и заложена производителем, но нужного поведения можно добиться составляя программу которой он будет следовать. подробнее здесь ru.wikipedia.org/wiki/Микроконтроллер
ПЛИС-Программи́руемая логи́ческая интегра́льная схе́ма это можно сравнить с макетной платой (breadboard) и простыми логическими элементами спрятанными в микросхеме.Если для микроконтроллера мы пишем программу то для ПЛИС мы описываем каким образом соединены между собой эти элементы. подробнее здесь ru.wikipedia.org/wiki/ПЛИС
Если контроллер работает по схеме Причина>Программная обработка>Следствие причём может вестись программная обработка только одной причины(всё в порядке живой очереди).
то ПЛИС работает по принципу Причина>Следствие причём таких блоков (причина>следствие) может быть множество и все они работают независимо от друг друга.
Список покупок 
XILINX XC3S200 FPGA module. FPGA kit. Development board SPARTAN-3 (цена 26,99$ но есть кнопка make offer удалось приобрести за 19$ + 6$ доставка)
ebay.com/itm/281179979583
Программатор(дебагер) для него
Xilinx Platform Cable USB (цена 34$)
aliexpress.com/item/Free-shipping-xilinx-Platform-Cable-USB-download-cable-wholesale-retail/521569944.html
Программатор 
Немалых размеров коробочка 108мм*55мм с изгибом от 25мм до 20мм. 
На левом разьём USB B справа разём для специального переходника.Сверху схема распиновки и сигнальный двухцветный светодиод. 
В переходник вставляется один из множества комплектных соединительных проводов.
Собственно сами провода
Если заглянуть в недра зарядки то можно увидеть что в самом программаторе установлена ПЛИС причём такая которую может программировать программатор (что не ново для меня в программаторе PICKIT установлены микроконтроллеры которые программирует программатор).
При подключении программатора к компьютеру светодиод горит красным(говоря что соединение с компьютером есть, но с ПЛИС отсутствует) 
При подключении ПЛИС и подаче питания загорается зелёный свет (как в светофоре), он информирует о готовности к работе. 
Теперь попробуем разобраться зачем вообще эти штуковины надо.
Лично я затеял весь этот сыр бор ради саморазвития что-ли, так сказать очередная глава на более высоком уровне в серии сделай сам.(В общем для общего развития).Но более серьёзное применение это замена горы микросхем простой обычной логики (ЛН, ЛИ, ЛЛ, ТВ, ИЕ, ИД и т.д.), часто люди используют их если надо много выводов, порой бывают задачи которые не может выполнить МК например генерация множества несвязанных между собой сигналов(очень частая задача в работе с видео сигналами), ПЛИС применяют при создании прототипа микросхемы(ведь на плис можно собрать любую цифровую микросхему вплоть до микроконтроллера и процессора главное что-бы хватило логических ячеек).
На ПЛИС была залита прошивка и при включении можно было наблюдать заполнение светодиодного рядя.Ваш покорный слуга автор решил сделать бегущие огни с изменением направления.Существует много способов создания прошивки можно языком описания аппаратуры, а можно как в протеусе накидать на рабочую область элементов соединить их и наслаждаться результатом (вообще всё зависит от программной среды, конкретно для XILINX это ISE, мощная штука поначалу ставившая в ступор.)