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FPGA-Modulsystem

FPGA-Modul System

Konzept

Modulsysteme sind im Bereich der eingebetteten Systeme eine immer häufiger zu findende Realisierungsvariante, ermöglichen Sie doch die Definition wiederverwendbarer Hardwareplattformen, welche sich an konkrete Problemstellungen anpassen und mit dem Problem skalieren lassen. Traditionell bildet ein Mikroprozessor den Kern eines solchen Systems. Alle peripheren Komponenten müssen an die von diesem Prozessor bereitgestellten Komponenten angepasst werden. Der Prozessor fungiert als Master im System, welcher die zentrale Steuerung der peripheren Komponenten und die Kommunikation übernimmt.

Im Gegensatz dazu wurde das FPGA-Modulsystem als Multi-Master System ausgelegt. Alle Module sind über einen gemeinsamen, multi-masterfähigen Bus verbunden, d.h. jede angeschlossene Komponente kann auf dem Bus als Master und Slave agieren. Die Arbitrierung des Busses erfolgt über einen zentralen Arbiter. Dezentrale Subarbiter sind auf Modulebene implementierbar. Als Busprotokoll wird WISHBONE genutzt. Dies ermöglicht die direkte Integration einer Vielzahl freier IP-Cores, z.B. Open-Cores, ohne die aufwändige Realisierung von Bridges etc.. Rechenelemente im System können mit FPGAs, Mikroprozessoren, DSPs, u.ä. realisiert werden, wobei beliebige Kombinationen und Realisierungsvarianten möglich sind.

Anwendungen

Anwendungsbereiche beeinhalten den industriellen Einsatz, sowie Forschung und Lehre in folgenden Gebieten:

  • Digitale Signalverarbeitung
  • Eingebettete Systeme mit rechen- bzw. I/O-intensiven Anwendungen
  • Multiprozessorsysteme
  • Anbindung von Peripherie an uC, DSP (hohe Geschwindigkeit, Datenvorverarbeitung, ...)
  • Prototyping von FPGA- und SoC-Anwendungen

Bei Interesse wenden Sie sich bitte an Prof. Beierlein. Eine Übersicht finden Sie hier.

Module

Abbildung Beschreibung Eigenschaften
Alle Module
 
  • Formfaktor 80x100x13mm (1/2 Euro)
  • Befestigung über verschraubte Abstandshalter
  • Verbindung über 140-poligen Systemsteckverbinder (modulabhängig)
Basis-Modul
Base-Module Das Basismodul stellt die zentrale Funktionalität zur Spannungsversorgung, Programmierung und Kommunikation im Modulsystem bereit. Der WISHBONE SoC-Bus Arbiter/Monitor ist frei programmierbar.
  • Spannungsversorgung
    • 9..24V Eingang
    • 9..24V, 3.3V/5A, 5V/1A Ausgang
    • Überspannungsschutz
    • optional externe Einspeisung aller Spannungen
  • System-Bus
    • Multi-Master WISHBONE SoC-Bus (asynchron, 10..66MHz, 20..23 Bit Adressen, 32 Bit Daten)
    • JTAG, I2C, 8 IRQs
  • WISHBONE SoC-Bus Arbiter/Monitor (programmierbar)
  • JTAG-Connector
Spartan-3 FPGA-Modul
Spartan 3-Module Mit dem Spartan-3 Modul werden die anwendungsspezifische Datenpfade, Mikroprozessoren oder DSPs realisiert. Über die Erweiterungssteckverbinder können periphere Komponenten angeschlossen werden. Zur Erhöhung der Rechenleistung und I/O-Signale, lassen sich mehrere solcher Module im System kombinieren.
  • Xilinx Spartan-3 200..1000k GE
  • lokaler Takt 60 MHz, 2 externe Takteingänge, WISHBONE Bus-Takt (10..66MHz), I2C-Takt
  • lokale Erzeugung von Kern- und I/O-Spannung
  • System-Bus Schnittstelle (entkoppelt über Bustreiber)
  • 84 freie I/O-Signale herausgeführt
  • Programmierung über JTAG, PROM, SelectMap oder seriellen Eingang
Ethernet/RAM-Modul
Network-Module Das Ethernet/RAM Modul bietet eine 10/100 MBit/sec Ethernet Schnittstelle, sowie 2 MByte asynchronen, statischen RAM. Mehrere Module lassen sich in einem System verwenden. Das Modul besitzt ein WISHBONE-Interface.
  • SMSC LAN9118
  • 10/100 MBit/sec
  • WISHBONE-Interface
  • 2 MByte async. SRAM
  • System-Bus Schnittstelle (entkoppelt über Bustreiber)
Audio-Modul
Audio-Module Das Audio Modul ermöglicht die hochqualitative Eingabe/Ausgabe von Audiodaten, Stereo 24Bit und bis zu 192kHz. Mehrere Module lassen sich in einem System verwenden. Das Modul wurde in Kooperation mit K.M.E. entwickelt.
  • CS4272 24Bit/192kHz Audio-CODEC
  • Analoge Ein/Ausgabe Puffer
  • bis 24Bit/192kHz Sampling (D/A, A/D)
  • Antialiasing-Filter
  • I2S Daten-Interface
  • I2C/SPI Control-Interface
  • Line-In/Out (stereo, 3.5 mm Klinkenstecker)
  • Kopfhörerausgang (stereo, 3.5 mm Klinkenstecker)
I/O-Modul
I/O-Module Das I/O-Modul stellt verschiedene Schnittstellen zur Ein- und Ausgabe zur Verfügung.
  • LCD (zweizeilig)
  • VGA Sub-D
  • 8 Schalter, 8 LEDs, 4 Taster
  • PS/2 Connector
  • RS232 Sub-D
  • Temperatursensor (SPI)
Bus-Test-Modul
Bus Test Module Das Bus-Test-Modul dient als Testschnittstelle zum Systembus.
  • Adapter für Systembussignale
  • Anschluss von Messtechnik
    • Logikanalysator
    • Oszilloskop
    • Bus-Tester
    • etc.


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