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USB-FPGA-Modul 2.04:
Spartan 6 FPGA-Board mit mit EZ-USB FX2 und DDR SDRAM

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Inhaltsverzeichnis

Blockdiagramm
Eigenschaften
Varianten
Funktions-Beschreibung
    Gemeinsame Funktionen aller FPGA-Boards der Serie 2
    EEPROM-Adresse: JP1
    FPGA Status: LED1
    Stromversorgung, CON3
    Taktquellen
    Flash-Speicher
    Externer I/O-Verbinder
    JTAG
Bilder

Zusätzliche Ressourcen

Schaltplan
Pin-Belegung und Netzliste (Gnumeric-Format, mehrere Blätter)
Pin-Belegung und Netzliste (Excel-Format, mehrere Blätter)
Eagle-Bibliothek des I/O-Verbinders
I/O-Leiterbahnen-Längen
[externer Link] Datenblätter der Xilinx Spartan 6 Familie von der Xilinx Homepage
[externer Link] Cypress CY7C68013A/14A Datenblatt von der Cypress Homepage
[externer Link] "EZ-USB FX2 Technical Reference Manual" von der Cypress Homepage

Zubehör

Debug-Board
Serie-1-Adapter-Board
Cluster-Basisplatine

ZTEX FPGA-Board mit Spartan 6, DDR SDRAM und USB 2.0

Blockdiagramm

Blockdiagramm des ZTEX FPGA-Boards mit Spartan 6, DDR SDRAM und USB 2.0

Eigenschaften

  • USB 2.0-Schnittstelle mit Mini-USB-Buchse (Typ B)
  • Cypress CY7C68013A EZ-USB FX2 Mikrocontroller (100 Pin Version)
  • Spartan 6 XC6SLX16 FPGA (XC6SLX9 und XC6SLX25 auf Anfrage)
  • Externer-I/O-Verbinder (bestehend aus zwei 2x32-Pin-Buchsenleisten mit 2.54mm-Raster) liefert:
    • 88 mit dem FPGA verbundene General-Purpose-I/O's (GPIO's)
    • 6 mit dem EZ-USB FX2 verbundene General-Purpose-I/O's (GPIO's)
    • 6 mit dem EZ-USB FX2 verbundene Spezial-I/O's (SIO's)
    • JTAG-Signale
    • Reset-Signal
    • Externer Spannungseingang (4,5 V .. 16 V)
    • 3,3V Ausgang
    • I/O-Spannungs-Ausgang oder -Eingang, siehe Externer-I/O-Verbinder
  • 64 MByte DDR SDRAM:
    • 200 MHz Taktfrequenz
    • 16 Bit Busbreite
    • Bis zu 800 MByte/s Datenrate
    • Einfach zu nutzender Hardware-Speichercontroller mit 6 Ports integriert im Spartan 6 FPGA. (siehe SDK für Beispiele)
  • 128 MBit on-board Flash Speicher
    • Ermöglicht das Laden des Bitstream vom FPGA (6.5 MByte/s)
    • Zugreifbar vom EZ-USB FX2 und vom FPGA
  • 128 Kbit EEPROM-Speicher (kann zum Laden der Firmware genutzt werden)
  • 2 Kbit MAC-EEPROM: enthält eindeutige, nicht löschbare MAC-Adresse und wird zum Speichern von Firmware-Einstellungen genutzt
  • On-Board Stromversorgung:
    • 3,3 V: 2000 mA
    • 2,5 V: 2000 mA
    • 1,2 V; 1000 mA
  • Temperatur-Bereich: 0-70°C

Varianten

Drei Varianten mit unterschiedlichen FPGA's werden angeboten:

Variante FPGA Speedgrade
(größer bedeutet schneller)
Verfügbarkeit
USB-FPGA-Modul 2.04a XC6SLX9 2 Auf Anfrage (kein Lagertyp)
USB-FPGA-Modul 2.04b XC6SLX16 2 Lagertyp, zum Shop
USB-FPGA-Modul 2.04c XC6SLX25 3 Auf Anfrage (kein Lagertyp)

All Varianten werden von den kostenlosen ISE-Webpack-Versionen unterstützt.

Funktions-Beschreibung

Die folgende Zeichnung zeigt die Maße sowie die Lage der im Folgenden beschriebenen Komponenten.

Zeichnung mit Maßen des ZTEX FPGA-Boards mit Spartan 6 XC6SLX16, DDR RAM und USB 2.0
Klicken sie auf das Bild für eine größere Version oder laden Sie die PDF-Version herunter.

USB-FPGA Module 2.04 haben keine Montage-Löcher da sie i.d.R. auf eine Anwendungs-Schaltung gesteckt werden. Alternativ dazu kann auch eine der Zusatzkarten als Montage-Adapter verwendet werden.

Gemeinsame Funktionen aller FPGA-Boards der Serie 2

USB-FPGA Module 2.04 sind FPGA-Boards der Serie 2. Funktionen, die alle FPGA-Boards dieser Serie besitzen, sind auf FPGA-Board-Serie 2 beschrieben.

EEPROM-Adresse: JP1

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

JP1 I2C-Adresse
offen 0xA2
geschlossen 0xAA

JP1 wird verwendet um um zu verhindern, dass die Firmware aus dem EEPROM geladen wird. Der EZ-USB FX2 Mikrocontroller sucht die Firmware an der I2C-Adresse 0xA2 (JP1 offen) und bootet mit einer internen Firmware falls keine gültigen Daten an dieser Adresse gefunden werden (Jumper geschlossen).

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

     ZTEX FPGA-Board mit Spartan 6 XC5SLX16: JP1 offen 1 ZTEX FPGA-Board mit Spartan 6 XC5SLX16: JP1 offen 2           ZTEX FPGA-Board mit Spartan 6 XC5SLX16: JP1 geschlossen     
JP1 offen JP1 geschlossen

FPGA-Status: LED1

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

LED1 FPGA
an unkonfiguriert
aus konfiguriert

Stromversorgung, CON3

Die externe Stromversorgung kann über CON3 oder die Pins A1 and B1 des externen I/O-Verbinders erfolgen und sollte zwischen 4.5V V und 16 V liegen. CON3 ist eine Standard-Gleichstrombuchse mit 2,1mm Innenstift (+) und 5,5mm Zylinderdurchmesser (-). A1 und B1 des I/O-Verbinders und der Innenstift von CON3 sind direkt verbunden. Dadurch kann eine Basisplatine auch vom FPGA-Board versorgt werden.

Für Anwendungen, die den Speicher bei voller Geschwindigkeit nutzen, garantiert der USB-Standard nicht genügend Strom um USB-FPGA Module 2.04 zu versorgen. Nichtsdestotrotz kann das FPGA-Board vom USB versorgt werden indem der optionale 0 Ω Widerstand R100 (Gehäuse 0805) installiert wird (Unterseite unter USB-Buchse, siehe Zeichnung). In diesem Fall muss sichergestellt sein, dass keine zweite Stromversorgung an CON3 oder die Pins A1 and B1 des externen I/O-Verbinders angeschlossen ist.

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.

Zusätzliche Taktsignale können an die GCLK-Pins des I/O-Steckverbinders angeschlossen werden.

In den meisten Fällen sind die Onboard-Taktquellen ausreichend.

Flash-Speicher

USB-FPGA-Module 2.04 haben 128 MBit SPI Flash-Speicher. Auf diesen kann sowohl vom USB-Controller als auch auch vom FPGA zugegriffen werden und er kann als Konfigurations-Speicher für das FPGA verwendet werden.

Die maximale Konfigurations-Geschwindigkeit beträgt 6,5 MByte/s und wird bei einer SPI-Geschwindigkeit von 26MHz und SPI-Busbreite von 2 Bit erreicht (Bitgen-Einstellungen -g ConfigRate:26 -g SPI_buswidth:2). Der Bitstream kann mittels des SDK via USB (bequemste Möglichkeit) oder indirekt via JTAG mittels der Xilinx-Tools geschrieben werden, siehe ZTEX Wiki

Wird de Flash-Speicher nicht verwendet (CS-Signal auf 1), können die anderen drei SPI-Pins (DIN, CLK and DOUT) als GPIO's verwendet werden.

Externer I/O-Verbinder

Der externe I/O-Verbinder ist kompatibel zu anderen FPGA-Boards der Serie 2 und deshalb auf FPGA Board Serie 2 beschrieben.

Bei USB-FPGA-Modulen 2.04 sind nur 88 der 100 GPIO-Pins des I/O-Verbinders and das FPGA angeschlossen. Die verbleibenden 12 Pins sind mit Port E (6 Pins) und an SIO-Signale (6 Pins) des EZ-USB FX2 Mikrocontrollers verbunden.

40 FPGA-GPIO-Pins der Reihen A und B haben die variable I/O-Spannung VCCO_AB. Die I/O-Spannung aller verbleibenden Pins ist 3,3V. Werksseitig ist VCCO_AB über den 0Ω Widerstand R8 mit 3.3V verbunden und ist somit ein 3.3V-Ausgang. (Das ist das Standard-Verhalten aller FPGA-Boards der Serie 2). Wird eine andere I/O-Spannung benötigt, kann R8 ausgelötet werden und VCCO_AB als Spannungs-Eingang verwendet werden. (Die VCCO_CD-Pins des I/O Verbinders sind fest mit 3,3V verbunden.)

Weitere Details befinden sich in der Pinbelegungs-Tabelle im Gnumeric- und Excel-Format.

JTAG

Das FPGA kann entweder über USB oder über JTAG konfiguriert werden. Die JTAG-Signale stehen auf dem externen I/O-Steckverbinder zur Verfügung, JTAG Steckverbinder auf den meisten Zusatzkarten.

Bilder

Klicken Sie auf die Bilder für eine vergrößerte Darstellung.

Oberseite des ZTEX FPGA-Boards mit Spartan 6 XC6SLX16, DDR SDRAM und USB 2.0

Oberseite des USB-FPGA-Moduls 2.04b mit Spartan 6 XC6SLX16.

Unterseite des ZTEX FPGA-Boards mit Spartan 6 XC6SLX16, DDR SDRAM und USB 2.0

Unterseite des USB-FPGA-Moduls 2.04.


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