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FPGA Board

USB-FPGA-Modul 1.15x:
Spartan LX150 FPGA-Board mit USB 2.0-Mikrocontroller

USB-FPGA-Module 1.15X sind veraltet. Bitte wechseln Sie zu FPGA Boards der Serie 2.

Die alte Produktseite ist hier weiterhin zu Dokumentationszwecken verfügbar.

Das USB-FPGA-Modul 1.15x ist eine spezielle Variante der USB-FPGA-Modul 1.15-Reihe. Es beinhaltet eine On-Board Stromversorgung und ist für Berechnungen optimiert, welche wenig Bandbreite und Speicher benötigen. Das FPGA-Board kann zum Bau kostengünstiger FPGA-Cluster mittels Standard-Komponenten verwendet werden. Inhaltsverzeichnis Blockdiagramm Eigenschaften Vergleich mit dem USB-FPGA Modul 1.15x Anwendungen SDK, Beispiele, Tutorials Funktions-Beschreibung     EEPROM-Adresse: JP1     FPGA Status: LED1     LED2     Externe Stromversorgung: CON5     GPIO-Verbinder oder LED's     JTAG     Taktquellen     Kühlkörper     Liste der Verbindungen Bilder Zusätzliche Ressourcen Schaltplan (PDF) Liste der Verbindungen im Gnumeric- oder Excel-Format

Blockdiagramm

Eigenschaften

• Xilinx Spartan 6 LX150 (XC6SLX150) FPGA, Speedgrade 3 or 3N
• High-Speed (480 MBit/s) USB-Interface via Mini-USB-Buchse (Typ B)
• Cypress CY7C68013A EZ-USB FX2 Mikrocontroller
• Memory-Mapped I/O zwischen EZ-USB FX2 und FPGA
• 128 Kbit EEPROM-Speicher (kann zum Laden der Firmware genutzt werden)
• 2 Kbit MAC-EEPROM: enthält eindeutige, nicht löschbare MAC-Adresse
• Hocheffiziente On-Board Stromversorgung:
  • Großer Eingangs-Bereich: 4.5 V - 16 V
  • 3,5 V @ 2,5 A
  • 1,2 V @ 8 A
• Großer Kühlkörper für aktive oder passive Kühlung
• 8 GPIO's vom EZ-USB FX2 und 8 GPIO's vom FPGA; auch für LED's nutzbar
• FPGA-Konfiguration / -Programmierung via USB mittels des EZ-USB FX2 SDK. (Keine JTAG-Adapter oder andere zusätzliche Hilfsmittel erforderlich.)
• Kostenpflichtige ISE Lizenz oder Test-Lizenz für FPGA-Entwicklung erforderlich

Vergleich mit USB-FPGA-Modul 1.15d

• Firmware-kompatibel, d.h. die FPGA-Boards können mit der gleichen Firmware und dem gleichen Bitstream betrieben werden
• On-Board-Stromversorgung
• Nur wenige GPIO's, hauptsächlich für Debugging gedacht
• Kein SDRAM
• Kein microSD und kein Flash-Speicher
• Kein CPLD für schnelle Konfiguration. Das Hochladen eines unkomprimierten Bitstream dauert ca. 7s.
• Größerer Kühlkörper
• Alle anderen Eigenschaften sind gleich

Anwendungen

Das FPGA-Board ist für Berechnungen optimiert, welche wenig Bandbreite und Speicher benötigen, wie z.B.:

• Bitcoin-Mining
• Monte-Carlo-Simulationen
• Berechnung von Rainbow-Tables
• Brute-Force-Algorithmen
• Bioinformatische Algorithmen

[Inhalt]

SDK, Beispiele, Tutorials

Für das USB-FPGA-Board steht ein quelloffenes Firmware-Entwicklungskit mit plattform-unabhängiger Hostsoftware API zur Verfügung. Dieses SDK erlaubt die Festlegung der USB-Geräte-Deskriptoren mit nur wenigen Makro-Kommandos und ermöglicht so dem Entwickler einen schnellen Einstieg in die Firmware Programmierung.

Das SDK-Paket enthält eine Vielzahl von Beispielen welche als Ausgangspunkt für eigene Entwicklungen genutzt werden können.

Für mehr Informationen wird auf Abschnitt EZ-USB FX2 SDK verwiesen.

Weitere Dokumentationen einschließlich Tutorials befinden sich auf der ZTEX Wiki.

Funktions-Beschreibung

Die folgende Zeichnung zeigt die Maße sowie die Lage der beschriebenen Elemente.

Klicken sie auf das Bild für eine größere Version oder laden Sie die PDF-Version herunter.

[Inhalt]

EEPROM-Adresse: JP1

Jumper JP1 legt die I²C-Adresse des EEPROM wie folgt fest:

JP1	I2C-Adresse
offen	0xA2
geschlossen	0xAA

Der EZ-USB FX2 Mikrocontroller sucht die Firmware an der Adresse 0xA2, welches die Standard-Adresse ist (Jumper offen).

Der Hauptzweck des Jumpers ist die Deaktivierung des EEPROM-Boot-Laders. Falls z.B. der EEPROM mit einer defekten Firmware programmiert wurde, kann der Mikrocontroller mit der internen Standard-Firmware gestartet werden, wenn JP1 während des Einschaltens geschlossen ist.

JP1 hat einen nicht verbundenen Pin der zum Parken des Jumpers genutzt werden kann. Die folgenden Bilder zeigen alle möglichen Jumper-Positionen:

JP1 offen	JP1 geschlossen

[Inhalt]

FPGA-Status: LED1

LED1 zeigt den Konfigurations-Zustand des FPGA's wie folgt an:

LED1	FPGA
an	unkonfiguriert
aus	konfiguriert

LED2

LED2 kann für allgemeine Zwecke verwendet werden und ist mit Pin 0 von Port A des EZ-USB FX2 verbunden.

Externe Stromversorgung: CON5

CON5 ist eine Standard-Gleichstrombuchse mit 2,1mm Innenstift (+) und 5,5mm Zylinder (-) für eine Versorgungsspannung von 4.5 V bis 16 V. Wenn unstabilisierte Stromversorgungen genutzt werden, muss sichergestellt sein, dass die Spitzen-Leerlaufspannung kleiner als 18V ist, siehe auch Leitfaden zur Auswahl der Stromversorgung auf der Wiki.

Zwei Vorschläge zur Stromversorgung von FPGA-Clustern befinden sich auf der FPGA-Cluster-Stromversorgungen Seite der Wiki.

GPIO-geschlossen oder LED's

Auf dem FPGA-Board gibt es zwei 10-Pin-GPIO Verbinder. Jeder liefert 8 GPIO Signale, ein GND-Pin und ein 3.3V(=VIO)-Pin. CON4 ist mit Port E des EZ-USB FX2 verbunden und CON6 mit dem FPGA, für Details siehe Schaltplan oder die Liste der Verbindungen.

Alternativ können auch LED's am GPIO-Verbinder installiert werden, siehe Bilder unten. Diese LED's können sehr hilfreich zum Debuggen während der Entwicklung sein. Das folgende Bild zeigt einen Installations-Plan der Teile (siehe auch Bilder eines FPGA-Board mit installierten LED's):

[Inhalt]

JTAG

Das FPGA kann entweder über USB oder über JTAG konfiguriert werden. Wird das JTAG-Interface zum Konfigurieren des FPGA's verwendet, muss Bit 1 am Port A des EZ-USB FX2 Mikrocontrollers (=PROG_B am FPGA) auf High gesetzt werden. Die geschieht automatisch wenn eine mit den SDK entwickelte Firmware geladen ist.

Der JTAG-Steckverbinder ist nicht standardmäßig installiert. Er ist ein Teil des Debug-Kits.

Taktquellen

Auf dem FPGA-Board sind zwei Taktquellen mit den FPGA verbunden: der Taktausgang des EZ-USB FX2, welcher normalerweise auf 48 MHz konfiguriert ist, und der Interface-Takt, welcher auf 30 MHz oder 48 MHz eingestellt werden kann. Aus diesen können mittels DCM's oder PLL's andere Takte im FPGA generiert werden.

[TOC]

Kühlkörper

Für Hochgeschwindigkeits-Anwendungen wird ein Kühlkörper benötigt. USB-FPGA-Module 1.15x sind für große Standard-Kühlkörper (bis 40 mm x 40 mm) mit Push-Pins und einem Loch-Abstand von 59 mm ausgelegt. Wenn die Eingangs-Spannung 12V beträgt, kann CON1 zum Anschluss eines Lüfters verwendet werden.

Ein Xilence COO-XPNB.F Kühlkörper gehört zum Lieferumfang. Dieser Kühlkörper kann aktiv und passiv genutzt werden. Bei passiver Nutzung sollte der Lüfter entfernt werden. Die Höhe des Kühlkörpers (ohne Lüfter) beträgt 35 mm. Die Höhe des Lüfters beträgt 11 mm.

Um eine ausreichend Wärmeübertragung sicher zu stellen, muss der Kühlkörper mittels Push-Pins und Wärmeleitpaste montiert werden.

Für eine Kühl-Lösung mit niedriger Bauweise wird der Titan TTC-CSC03 Kühler empfohlen.

[TOC]

Liste der Verbindungen

Eine Liste der Verbindungen kann im Gnumeric- und Excel-Format heruntergeladen werden.

[Inhalt]

Bilder

Klicken Sie auf die Bilder für vergrößerte Versionen.

USB-FPGA-Modul 1.15x ohne Kühlkörper. Das Spartan 6 LX150 (XC6SLX150) FPGA-Board ist für kryptographische Berechnungen optimiert und ermöglicht den Bau von kostengünstigen FPGA-Clustern mittels Standard-Komponenten.

USB-FPGA-Modul 1.15x mit installiertem Kühlkörper (gehört Lieferumfang). Dieses FPGA-Board besitzt einen Spartan 6 LX150 (XC6SLX150) FPGA und eignet sich vor Allem für kryptographische Berechnungen wie Bitcoin-Mining.

USB-FPGA-Modul 1.15x mit installiertem Debug-Kit.