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ZTEX FPGA-Boards der Serie 2

ZTEX USB-FPGA-Module 2.∗ bilden eine Serie von FPGA-Boards mit USB-Controller und einem kompatiblen externen I/O-Steckverbinder. Diese Seite beschreibt die gemeinsamen Eigenschaften und gibt einen Überblick über die FPGA-Boards und das Zubehör.

Inhaltsverzeichnis

FPGA-Boards - Produktübersicht
Zubehör
Gemeinsame Eigenschaften
SDK, Beispiele und Einführungen
Beschreibung gemeinsamer Funktionen
    Laden der Firmware
    FPGA-Konfiguration
    Möglichkeiten zum Hochladen von Firmware und Bitstream
    Externer I/O-Steckverbinder
    Pinbelegung und -Beschreibung
Kompatibilität
Nummerierungsschema

Inhalt

FPGA-Boards - Produktübersicht

USB-FPGA-Modul 2.18

  • FPGA-Board mit Xilinx Artix 7 XC7A200T
  • Super-Speed USB 3.0-Schnittstelle
  • Cypress CYUSB3033 EZ-USB FX3S-Mikrocontroller mit ARM926EJ-Kern
  • 100 General-Purpose-I/O's (GPIO)
  • 256 MByte DDR3-SDRAM
  • 128 MBit Flash memory (z.B. für Firmware und Bitstream)

USB-FPGA-Modul 2.16

  • FPGA-Board mit Xilinx Artix 7 XC7A200T
  • High-Speed (480 MBit/s) USB-Schnittstelle
  • Cypress CY7C68013A EZ-USB FX2 Mikrocontroller
  • 100 General-Purpose-I/O's (GPIO)
  • 128 MBit Flash-Speicher (z.B. für den Bitstream)
  • 128 KBit EEPROM (z.B. für die Firmware)
  • Memory-Mapped-I/O zwischen EZ-USB FX2 und FPGA

USB-FPGA Module 2.14

  • FPGA-Board in 5 Varianten mit Xilinx Artix 7: XC7A15T, XC7A35T, XC7A50T, XC7A75T and XC7A100T
  • Super-Speed USB 3.0-Schnittstelle
  • Cypress CYUSB3033 EZ-USB FX3S-Mikrocontroller mit ARM926EJ-Kern
  • 100 General-Purpose-I/O's (GPIO)
  • 256 MByte DDR3-SDRAM
  • 128 MBit Flash memory (z.B. für Firmware und Bitstream)

USB-FPGA-Modul 2.13

  • FPGA-Board in 4 Varianten mit Xilinx Artix 7 FPGA's: XC7A35T, XC7A50T, XC7A75T and XC7A100T
  • High-Speed (480 MBit/s) USB-Schnittstelle
  • Cypress CY7C68013A EZ-USB FX2 Mikrocontroller
  • 100 General-Purpose-I/O's (GPIO)
  • 256 MByte DDR3-SDRAM
  • 128 MBit Flash-Speicher (z.B. für den Bitstream)
  • 128 KBit EEPROM (z.B. für die Firmware)

USB-FPGA-Modul 2.04

  • FPGA-Board mit Xilinx Spartan 6 XC6SLX16
  • High-Speed (480 MBit/s) USB-Schnittstelle
  • Cypress CY7C68013A EZ-USB FX2 Mikrocontroller
  • 96 General-Purpose-I/O's (GPIO)
  • 64 MByte DDR-SDRAM
  • 128 MBit Flash-Speicher (z.B. für den Bitstream)
  • 128 KBit EEPROM (z.B. für die Firmware)

USB-FPGA-Modul 2.01

  • FPGA-Board mit Xilinx Spartan 6 XC6SLX16
  • High-Speed (480 MBit/s) USB-Schnittstelle
  • Cypress CY7C68013A EZ-USB FX2 Mikrocontroller
  • 100 General-Purpose-I/O's (GPIO)
  • 128 MBit Flash-Speicher (z.B. für den Bitstream)
  • 128 KBit EEPROM (z.B. für die Firmware)

FPGA-Modul 2.00

  • FPGA-Board mit Xilinx Spartan 6 XC6SLX16
  • 100 General-Purpose-I/O's (GPIO)
  • Dual 16 MBit Flash-Speicher, Bitstream-Quelle mittles Jumper wählbar
  • On-Board JTAG- und SPI-Sockel

Zubehör

Debug Board für ZTEX FPGA-Boards der Serie 2

Debug-Board

Eine Erweiterungskarte mit vielen LED's, Schaltern und einem JTAG-Verbinder. Es vereinfacht das Debuggen und die Prototypenentwicklung und ist in zwei Varianten erhältlich:
  • Die Variante mit stapelbaren Buchsenleisten kann zwischen FPGA-Board und Anwendungsschaltung gesteckt werden.
  • Die Variante mit Prototypen-Raster kann alleine oder in Kombination mit weiteren Prototypen-Platinen verwendet werden.
Serie-1-Adapter für FPGA-Boards de Serie 2

Serie-1-Adapter

Eine Adapter-Platine welche es ermöglicht FPGA-Boards der Serie 2 auf Anwendungs-Schaltungen für USB-FPGA-Module 1.∗ zu betreiben. Die Platine kann auch als Montageadapter verwendet werden, falls keine Anwendungs-Schaltung vorhanden, auf die das FPGA-Board gesteckt erden kann.
Cluster-Basisplatine für bis zu 4 FPGA-Boards der Serie 2

Cluster-Basisplatine

Verbindet bis zu 4 FPGA-Boards der Serie 2 zu einem kleinem Cluster-Knoten.
Zubehör für die FPGA-Board Serie-2

Mehr Zubehör befindet sich im ZTEX-Shop

Gemeinsame Eigenschaften

  • Externer I/O-Steckverbinder mit:
    • Bis zu 100 mit dem FPGA verbundene General-Purpose-I/O's (GPIO)
    • JTAG-Signalen
    • Reset-Signal
    • Eingang für externe Stromversorgung
    • 3.3V-Ausgang
    • Eingang oder Ausgang für I/O-Spannung
  • On-Board Stromversorgung
  • On-Board SPI-Flash-Speicher zum Speichern des Bitstreams
  • On-Board EEPROM oder Flash zum Speichern des Firmware
  • On-Board MAC-EEPROM: enthält eine eindeutige, nicht löschbare MAC-Adresse und wird zum Speichern von Firmware-Einstellungen genutzt
  • Unterstützung von SD-Karten als sekundärer Flash, siehe ZTEX Wiki
  • SDK welches sowohl das FPGA-Board als auch den Host-PC abdeckt

SDK, Beispiele und Einführungen

Alle ZTEX USB-FPGA Module werde durch das ZTEX SDK unterstützt. Dieses ist für EZ-USB FX2- und FX3-Mikrocontroller entwickelt und beinhaltet Firmware Kits, eine Host-Software-API, Werkzeuge und viele Beispiele.

Eine Standard-Firmware mit flexibler Kommunikations-Schnittstelle macht die Firmware-Entwicklung bei vielen Anwendungen überflüssig und erlaubt Board-unabhängige Host-Software.

Zusätzliche Dokumentationen einschließlich Einführungen befinden sich auf der ZTEX Wiki

Im Rahmen der FX3-Portierung wird das SDK gegenwärtig (Anfang 2016) umgebaut. Der Entwicklungsfahrplan befindet sich auf der FX3 Portierungs-Seite.

Beschreibung gemeinsamer Funktionen

Funktionen, die für alle FPGA-Boards der Serie 2 gleich sind, werden hier beschrieben.

Laden der Firmware

Der EZ-USB kann Firmware von zwei Quellen laden,
  1. vom USB und
  2. aus dem nichtflüchtigen Speicher (FX2: EEPROM, FX3: Flash).
Beim Hochfahren sucht der EZ-USB im nichtflüchtigen Speicher nach Firmware. Ist ein gültiges Firmware-Abbild vorhanden, wird dies zum Booten des USB-Controllers verwendet. Andernfalls wird eine interne Firmware geladen und der EZ-USB wartet auf Programmierung vom USB.

Alle FPGA-Bords der Serie 2 haben den Jumper JP1, mit welchem das Laden der Firmware aus dem nichtflüchtigen Speicher deaktiviert werden kann. Dies ist vor allem nützlich, falls eine defekte Firmware installiert wurde. Details werden auf den FPGA-Board spezifischen Seiten beschrieben.

FPGA-Boards der Serie 2 werden mit einer ab Werk installierten Standard-Firmware geliefert, welche mit Nutzer-Firmware überschrieben werden kann, siehe Möglichkeiten zum Hochladen von Firmware und Bitstream.

FPGA-Konfiguration

Es gibt drei Möglichkeiten zur FPGA-Konfiguration:
  1. Via USB mittels des SDK
  2. Via JTAG mit Hilfe der Xilinx-Werkzeuge (Kann sehr langsam sein. USB ist deshalb zu bevorzugen.)
  3. Vom Flash mittels des SDK

Falls ein Bitstream in den Flash-Speicher geschrieben wurde, versucht die Firmware automatisch diesen während des Hochfahrens in das FPGA zu laden.

Alle FPGA-Boards der Serie 2 haben ein LED welche den Konfigurations-Zustand des FPGA's anzeigt. Details befinden sich auf den FPGA-Board spezifischen Seiten.

Möglichkeiten zum Hochladen von Firmware und Bitstream

Das SDK bietet mehrere Möglichkeiten Firmware und Bitstream direkt zum EZ-USB bzw. FPGA oder in den nichtflüchtigen Speicher zu laden:
  1. API:
  2. Kommandozeilen-Werkzeug FWLoader
  3. Server basierte (G)UI DeviceServer

Externer I/O-Steckverbinder

Der externer I/O-Steckverbinder befindet sich auf der Unterseite und besteht aus zwei 2x32 Steckverbindern mit 2.54mm-Raster.
Zeichnung mit Maßen des externen I/O-Verbinders der FPGA-Board-Serie 2

Zeichnung mit Maßen des externen I/O-Verbinders der FPGA-Board-Serie 2. (Klicken Sie auf das Bild für eine PDF-Version.)

Externer I/O-Verbinder auf der Unterseite des ZTEX FPGA-Boards mit Artix 7 XC7A200T

Externer I/O-Verbinder auf der Unterseite des Artix 7 USB-FPGA-Moduls 2.16. (Klicken Sie auf das Bild für eine größere Version.)

Pinbelegung und -Beschreibung

Die Pin-Belegung und -beschreibung kann auch im Gnumeric- oder Excel-Format heruntergeladen werden (mehrere Blätter). Diese Tabellen enthalten auch FPGA-Board-spezifische Details wie Verbindungslisten (Netzlisten) und I/O-Spannungs-Bereiche.

Eine Eagle-Bibliothek ist ebenfalls verfügbar.

A B C D
1 VIN VIN USB+5V Reset
2 GND GND GND GND
3 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
4 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
5 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
6 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
7 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
8 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
9 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
10 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
11 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
12 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
13 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
14 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
15 3.3V 3.3V FPGA_IO FPGA_IO
16 GND GND VCCO_CD VCCO_CD
17 VCCO_AB VCCO_AB GND GND
18 FPGA_IO FPGA_IO 3.3V 3.3V
19 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
20 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
21 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
22 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
23 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
24 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
25 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
26 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
27 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
28 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
29 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
30 FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO FPGA_IO
31 JTAG_TDI JTAG_TCLK JTAG_TDO JTAG_TMS
32 JTAG_VIO GND GND GND

FPGA_IO Jedes FPGA-Board hat bis zu 100 mit dem FPGA verbundene General-Purpose-I/O's (GPIO's, nicht alle FPGA_IO's müssen belegt sein). Die I/O-Spannung ist entweder 3.3V oder variabel. Details befinden sich in der Gnumeric- oder Excel-Tabelle und in der Produktbeschreibung.
GND Masse-Pins
3.3V 3.3V Ausgang
VCCO_AB
VCCO_CD
Eingang oder Ausgang der I/O-Spannung für die Reihen A/B und C/D. Beträgt die I/O-Spannung 3.3V sind diese Pins fest mit 3.3V verdrahtet. Wenn Die I/O Spannung variabel ist, ist dieses Pin durch einen 0Ω Widerstand mit 3.3V verbunden. (Das Standard-Verhalten ist in jedem Fall gleich.) Durch Auslöten des Widerstandes kann eine externe I/O-Spannung angelegt werden. Details befinden sich in der Gnumeric- oder Excel-Tabelle und in der Beschreibung zum FPGA-Board.
JTAG_∗ JTAG-Signale. (Auf den meisten FPGA-Boards kann zusätzlich auch ein 14-Pin-Steckverbinder installiert werden oder ist bereits installiert).
VIN Externer Spannungs-Eingang. Der Spannungsbereich hängt vom FPGA-Board ab.
USB+5V 5V Ausgang vom USB. In einigen Fällen kann dieses Pin mit VIN verbunden werden, um das FPGA-Board über USB mit Strom zu versorgen. (In der Regel garantiert die USB-Spezifikation jedoch nicht ausreicht Strom.)
RESET Logisches 0 resettet das FPGA-Board. Das Pin hat einen Pull-Up-Widerstand und kann offen gelassen werden.

Kompatibilität

Die im vorherigen Abschnitt genannte Pinbelegung ist zwar für alle FPGA-Board der Serie 2 festgelegt, jedoch sind nicht in jedem Fall alle Pins bzw. Funktionen belegt. Um Die Wahrscheinlichkeit von Inkompatibilitäten bei der Migration zwischen FPGA-Boards zu vermeiden, sollten einige Regeln berücksichtigt werden:
  • Spezielle IO-Funktionen wie differentielle Signale oder Takt-Pins sollten vermieden werden (stattdessen die internen Taktquellen verwenden)
  • Nicht immer sind alle FPGA-IO's belegt. Gegenwärtig betrifft das nur USB-FPGA-Module 2.04 und wahrscheinlich werden zukünftige FPGA-Boards voll belegt sein. Die FPGA-IO's mit niedrigen Nummern sollten möglichst vermeiden werden.
  • Nicht immer ist die IO-Spannung aller FPGA-IO's variabel. Gegenwärtig betrifft das nur USB-FPGA-Module 2.04 und wahrscheinlich wird bei zukünftigen FPGA-Boards die Spannung aller FPGA-IO's variabel sein. Wenn möglich, sollte eine IO-Spannung von 3.3V gewählt werden.
  • Die Pins mit mittleren Nummern haben die besten Signal-Laufzeiten

Nummerierungsschema

Das Nummerierungsschema für die FPGA-Boards ist 2.<n><m>, z.B. 2.16.
2. Seriennummer: Ist immer 2.
<n> FPGA-Generation:
   0: Xilinx Spartan 6 FPGA
   1: Xilinx Artix 7 FPGA
<m> Board-Nummer: Eine größere Zahl bedeutet gewöhnlich ein größeres FPGA-Board in irgend einem Sinn, z.B. größeres FPGA, mehr Speicher, besserer USB-Controller.


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