FPGA-Entwicklung, leicht gemacht

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Für kundenspezifische Endprodukte, das FPGA-Board CYC1000

Das FPGA-IoT-Board CYC1000 (TEI0003) ist der Nachfolger des Makerboards MAX1000 und basiert auf Intels neuer FPGA-Familie Cyclone 10 LP mit 25 kLE. Desweiteren verfügt das Board über 2 MByte Flash, 8 MB SDRAM, 2 Taster, 8 LEDs und 3-Achsen-Beschleunigungssensor und Arrows USB Programmer 2 mit USB-UART-Bridge.

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Das CYC1000 ist mehr als ein Maker-Board, es eignet sich auch für die Entwicklung von Endprodukten in einer kundenspezifisch qualifizierten Version. Der Austausch von Teilen am CYC1000 oder eine komplette kundenspezifische Lösung mit unterschiedlichen Leiterplattenformen kann über Arrow nach Kundenanforderungen bestellt werden.

Ca. 37 € muss investieren, wer die neuere Cyclone-10-LP-Familie testen will. Da mehr Lookup-Tabellen (LUTs) verfügbar sind, können auch größere IPs geladen werden. Ansonsten ist das Board ähnlich dem MAX1000.

FPGA-Modul SMF2000 für das Prototyping

Das FPGA-Modul SMF2000 (TEM0001) eignet sich für die Auswertung und schnelle Prototypherstellung. Mit 42 € ist das Modul SMF2000 schon etwas teuer, allerdings kombiniert es eine Cortex-M3-MCU mit einem FPGA Core. Das SMF2000 basiert auf dem SmartFusion2 von Microsemi (jetzt Microchip). Der Nutzer erhält somit eine schon im Chip integrierte 166-MHz-Cortex-M3-Hard-IP, 256 KB Flash, 80 KB SRAM sowie einen 12-kLUT-FPGA-Teil. Dies wird dann extern um 8-MB-QuadSPI-Flash, 8-MB-SDRAM und den üblichen Tasten und LEDs ergänzt. Mit dem Modul SMF2000 lässt sich eine eigene Prozessor-IP im FPGA durch den Cortex-M3 bedienen und Funktionen wie Programm-Download, Debugging und Singlestep relativ einfach realisieren.

Arduino-kompatibles Low-Cost-Modul LXO2000

Neu im Portfolio von Arrow und Trenz Electronic ist das vierte FPGA-Board, das Low-Cost-FPGA-Modul LXO2000 (TEL0001) mit integriertem Lattice-XO2-4000 und On-Board-USB/JTAG für rund 29 €. Das Modul unterstützt Arrows USB Programmer 2 mit USB-UART-Bridge und ist kompatibel zum Arduino-MKR-Standard. Mit nur 4 kLE ist das FPGA-Modul fast zu klein für eine Prozessor-IP, aber es reicht zum Programmieren von Sequenzern. Dafür kann man auch die bis über 200 kBit internes RAM verteilt auf den Chip nutzen.

Open Cores, eine wichtige Quelle für freie IPs

Neben den diversen Herstellerseiten und FPGA-Communities ist OpenCores, zu finden über http://opencores.org, die wichtigste Quelle für freie IP. Unter anderem werden dort ca. 200 Prozessor-IPs wie 1802, 6502, 6809, 68HC11 oder Z80 gelistet. Da man bei den meisten Entwicklungsumgebungen sowohl die Hardwarebeschreibungssprache VHDL als auch Verilog verwenden kann, gibt es bei allen Cores nur die Limitierungen durch die Anzahl der LE/LUT/Pins des FPGAs oder dem internen oder externen Speicher.

Manche der Implementierungen sind auf Xilinx-FPGA-Boards getestet, aber vermutlich leicht auf Intel-, Lattice- oder Microchip-FPGA übertragbar. Für die Einarbeitung in die wenige 100 MB bis mehrere GB große Entwicklungsumgebung helfen die vielen Einführungen beim Hersteller im Web. Zu den oben erwähnten Boards gibt es jeweils Beispiele, welche die Schnittstellen initialisieren oder sogar schon eine Prozessor-IP implementieren.

In erster Linie wurden die vier, in diesem Beitrag präsentierten FPGA-Boards für die schnelle Einarbeitung in die diversen FPGA-Familien realisiert. Deshalb nutzen wir sie bei Arrow auch für die vielen, meisten kostenlosen Schulungen, nach denen diese Tools auch mitgenommen werden können. Aber auch für Prototyp-Entwicklungen in kleinen bis mittleren Stückzahlen sind diese Boards gut geeignet und bei Bedarf von Trenz auch auf Ihre Bedürfnisse anpassbar.

Alte MCU-Architekturen zum Leben erwecken

Gegebenenfalls ist dieser Artikel auch eine Anregung, um mit möglichst kleiner Investition die alten Mikrocontroller-Architekturen wie 68HC08, 8051, C166/ST10 oder 68000 wieder zum Leben zu erwecken oder selbst nützliche IP zu realisieren. Die 8 bis 25 kLE des MAX10, Cyclone 10 LP oder SmartFusion2 sind dafür ausreichend und bieten wegen des zusätzlichen externen Flashs und dem SDRAM genügend Speicher für die Emulation inzwischen obsoleter Chips oder älterer Personal Computer. Über die vielen Pins sind dazu auch Anbindungen an (PS2-)Tastatur und Displays möglich, falls eine UART über die Debug-Schnittstelle nicht ausreichen sollte.

* Klaus Kohl-Schöpe ist FAE - Technology Embedded & Connectivity bei Arrow Electronics in Eppishausen.

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