SMARTFUSION2 И IGLOO2 В ПОМОЩЬ РАЗРАБОТЧИКУ. ОБЗОР ОТЛАДОЧНЫХ ПЛАТ ДЛЯ НОВЫХ СЕМЕЙСТВ ПЛИС КОРПОРАЦИИ MICROSEMI Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

SmartFusion2 и IGLOO2 в помощь разработчику.

Обзор отладочных плат для новых семейств ПЛИС корпорации Microsemi

Дмитрий ИОФФЕ

[email protected] Артём КАЗАКОВ

[email protected]

Вниманию читателей предлагается очередная статья из цикла, посвященного новым семействам ПлИС корпорации Microsemi — SmartFusion2 и IGLOO2. В первой статье [1] был приведен обзор этих семейств. Сегодня мы рассмотрим отладочные наборы для них.

Введение

Лучший способ ознакомиться с возможностями сложного изделия — лично опробовать его. Если речь идет о микросхемах программируемой логики, то их возможности, как и возможности других сложных микроэлектронных изделий, помогают узнать отладочные наборы. Корпорация Microsemi предлагает разработчикам отладочные наборы для новейших семейств своих ПЛИС: SmartFusion2 и IGLOO2. На их платах есть узлы для сопряжения с разнообразными интерфейсами — от простого и неторопливого I2C до скоростного PCIe, а также микросхемы памяти и другие электронные компоненты. В процессе ознакомления инженер может формировать свои библиотеки для работы с этими элементами, чтобы затем использовать их в конечных изделиях. Отладочные платы позволяют полностью протестировать все функции установленных на них ПЛИС. И конечно, ничто не мешает использовать отладочную плату в своем изделии как готовый мощный вычислительный и управляющий модуль с универсальным набором интерфейсов.

Корпорация Microsemi считает семейства SmartFusion2 и IGLOO2 основным современным направлением (mainstream) своей деятельности в области ПЛИС. На момент написания данной статьи (август 2014 года) корпорация предлагает для них следующие наборы с отладочными платами:

• IGLOO2 Evaluation Kit [2] — недорогая отладочная платформа для ПЛИС семейства IGLOO2, позволяет разрабатывать оптимальные по стоимости проекты на основе этих ПЛИС;

• SmartFusion2 Evaluation Kit [3] — отладочный набор аналогичного класса для семейства SmartFusion2;

• SmartFusion2 Starter Kit [4] — базовая система прототипирования для систем на кристалле SmartFusion2;

• SmartFusion2 Development Kit [5] — полнофункциональный отладочный набор для разработки систем и приложений на базе семейства SmartFusion2;

• SmartFusion2 SoC FPGA Advanced Development Kit [6] — продвинутый отладочный набор с наиболее мощным кристаллом из семейства SmartFusion2 на 150000 логических элементов, M2S150T-1FCG1152ES;

• SmartFusion2 DMPM Kit [7] — набор для исследования работы со смешанными сигналами и управления питанием.

Все наборы подробно докуме нтированы, к ним прилагаются принципиальные электрические схемы и проекты печатных плат, проекты прошивок, руководства по применению и многое другое. Во время знакомства с платами очень интересно рассматривать их фотографии высокой четкости на сайте Microsemi, на которых показано расположение отдельных узлов и сделаны соответствующие подписи.

Давайте познакомимся с этими наборами поближе.

IGLOO2 Evaluation Kit

Набор IGLOO2 Evaluation Kit (рис. 1) — недорогая платформа для разработки оптимизированных по стоимости проектов на ПЛИС IGLOO2. Она сочетает лучший в своем классе уровень интеграции с наименьшим потреблением, высокой надежностью и наивысшей защитой. Набор позволяет с легкостью создавать проекты приемопередатчиков на ПЛИС для систем на основе PCI Express и Gigabit Ethernet. Плата совме-

стима с малым форм-фактором (small form-factor) стандарта PCI Express, поэтому ее можно устанавливать в слот PCIe любого настольного компьютера или ноутбука. С помощью этого набора можно:

• Разрабатывать и тестировать проекты для PCI Express Gen2x1.

• Тестировать качество сигнала приемопередатчиков на FPGA с использованием полнодуплексных пар SERDES SMA.

• Оценить низкую потребляемую мощность ПЛИС IGLOO2.

• Быстро создать работающий канал PCIe с помощью платы PCI Express to ExpressCard Adapter (PCIE2EXP) [8].

На плате установлена ПЛИС семейства IGLOO2 объемом 12 000 логических ячеек. Кроме того, здесь есть интерфейс 10/100/1000 Ethernet с разъемом RJ-45, 512 Мбайт малопотребляющей памяти DDR (LPDDR), 64 Мбайт флэш-памяти с интерфейсом SPI, мост USB-UART, разъемы I2C, SPI и ввода/вывода общего назначения (GPIO), а также кнопки и светодиоды. В составе набора предусмотрен источник питания на 12 В, но питание на плату можно подавать и через краевой разъем PCIe. Кроме того, в наборе имеется программатор FlashPro4 для программирования и отладки.

SmartFusion2 Evaluation Kit

Эта плата (рис. 2) отличается от только что рассмотренной IGLOO2 Evaluation Kit тем, что на ней вместо ПЛИС IGLOO2 установлена система на кристалле (System On Chip, SoC) SmartFusion2 объемом 25 000 логических ячеек.

Помимо собственно ПЛИС, изготовленной по Flash-технологии, обладающей повышенной надежностью и низким потреблением, микросхема содержит процессор ARM

74 I компоненты

ПЛИС

Разъем

ввода/вывода Разъем JTAG

Микромощная общего SW5 Светодирды для програм-

Кнопка Отладочный

Выключатель

Вход подключения источника питания 12 В

Пары

приемопередатчиков SERDES

с разъемами SMA

Разъем преобразователя USB-UART

Опорная частота SERDES

Краевой Генератор Кристаллы Измерение разъем 125 МГц микромощных тока х1 РС1е генераторов

SW3

SW2

Рис. 1. Отладочная плата IGLOO2 Evaluation Kit

Cortex-M3 с тактовой частотой 166 МГц, расширенные аппаратные средства поддержки криптографических алгоритмов, блоки цифровой обработки сигналов, ОЗУ, ПЗУ, а также востребованные в промышленности высокопроизводительные коммуникационные интерфейсы — и все на одном кристал-

ле. Запомним эти слова и впредь каждый раз при упоминании SoC SmartFusion2 будем иметь в виду, что все это может оказаться в нашем распоряжении.

В остальном отладочная плата SmartFusion2 Evaluation Kit практически не отличается от IGLOO2 Evaluation Kit.

SmartFusion2 Starter Kit

Отладочный набор SmartFusion2 Starter Kit (рис. 3) поддерживает стандартные коммуникационные интерфейсы Ethernet, SPI, I2C и UART. Набор можно использовать со средой Libero SoC корпорации Microsemi вер-

Разъем

ввода/вывода Разъем JTAG

Микромощная общего SW5 Светодирды для програм-

Кнопка Отладочный

Выключатель

Вход подключения источника питания 12 В

Пары

приемопередатчиков SERDES

с разъемами SM А

Разъем преобразователя USB-UART

Опорная частота SERDES

Краевой Генератор Кристаллы Измерение разъем 125 МГц микромощных тока *1 РС1е генераторов

Рис. 2. Отладочная плата SmartFusion2 Evaluation Kit

Интерфейс Попьзова- M2S SOM

HS USB тельская (система- 64 Мбайт

JP2 Физический 16 Мбайт уровень SPI Flash Ethernet

Рис. 3. Отладочная плата SmartFusion2 Starter Kit

сии 11.0 и выше. Он поступает к потребителю с предустановленной демонстрационной версией операционной системы uClinux. Поддерживается также среда разработки Emcraft Systems на базе Linux.

Микросхема SmartFusion2 смонтирована на миниатюрной мезонинной плате Emcraft Systems, выполненной в форм-факторе

«система-на-модуле» (system-on-module) M2S-SOM, которая устанавливается на базовой плате SOM-BSB-EXT.

Набор SmartFusion2 Starter Kit выпускается в двух вариантах, с разными устройствами SmartFusion2: • SF2-STARTER-KIT с устройством M2S050-FGG484;

• SF2-484-STARTER-KIT с M2S010-FGG484.

На плате есть область для макетирования, предназначенная для сборки макета небольшого пользовательского узла. В зависимости от требований проекта можно подавать необходимые напряжения питания (+5, +3,3 и +1,5 В для оптимизации потребления системы на модуле) от внешних источников через специальные контактные площадки, расположенные в области для макетирования.

При помощи имеющегося в наборе USB Wi-Fi адаптера предусмотрено подключение к радиосистеме RaLink 5370 USB, что позволяет через uClinux настроить беспроводную точку доступа, обслуживающую DHCP Wi-Fi-соединения. Пользователь может запустить HTTPD-сервер и получить доступ к устройству SmartFusion2 через смартфон с веб-браузером или другое беспроводное устройство.

SmartFusion2 Development Kit

Предыдущие наборы в нашем обзоре назывались evaluation kit (оценочный набор), или starter kit (стартовый набор), то есть их задача — начальное ознакомление с устройствами IGLOO2 и SmartFusion2. Набор SmartFusion2 Development Kit (рис. 4), даже если судить только по его названию, предназначен для более серьезных дел. В наборе

Разъем ЕТМ Разъем FMC

Разъем SFP

Область источника питания 12 В

Разъем постоянного напряжения питания Выключатель питания Разъем USB Mini В (FTDI)

Разъем CAN1

АЦП

Разъем РОЕ

Формирователь тактовой частоты

Разъем Физический уровень Мап/еИ Сброс микросхемы гагИпк Разъем для ИазИРго 4 Кнопка сброса РОЕ

SDRAM SmartFusion2

г*1 i

Краевой разъем PCIe Память DDR3

Рис. 4. Отладочная плата SmartFusion2 Development Kit

компоненты И технологии • № 10 '2014 www.kit-e.ru

76

компоненты

ПЛИС

Область

SERDES3 Опорная Bread Переклю- источника

TX/RX частота Board чатепи Разъем питания

SMA Paris SERDES3 Space DPI |2С Выключатель 12 В

Отладочные переключатели

Разъем JTAG для программирования

Физический уровень Marvell Краевой разъем PCIe х4

Рис. 5. Отладочная плата SmartFusion2 Advanced Development Kit

воплощено больше возможностей, что позволяет без лишних затрат производить разработку целевых устройств.

Плата содержит множество приемопередатчиков для поддержки компонентов подсистемы микроконтроллера, в том числе HS USB 2.0 OTG, CAN, RS-232, RS-485, а также формирователь временных меток по стандарту IEEE1588 и физический уровень Triple Speed Ethernet с поддержкой Sync E. Набор поставляется с обычным сетевым адаптером, кроме того, существует возможность подать питание на отладочную плату через Ethernet (PoE, Power over Ethernet). Еще на плате установлены 16-разрядный АЦП, 512 Мбайт памяти DDR3 и память SPI Flash, использующие встроенную в SmartFusion2 систему управления памятью. Доступ к блокам SERDES осуществляется через краевой разъем PCIe или через высокоскоростные разъемы SMP.

Набор SmartFusion2 Development Kit предоставляет следующие возможности:

• Протестировать 5G SERDES, встроенные в SmartFusion2, подключившись к ним через имеющиеся разъемы SMP (SmartFusion2 предоставляет самые компактные 5G SERDES в индустрии).

• Создать приложение конечной точки PCI Express с использованием краевого разъема х4 на отладочной плате.

• Протестировать производительность DDR3 и GPIO (SmartFusion2 имеет наибольшее количество линий ввода/вывода в индустрии).

• Создавать подсистемы, в которых требуются:

- временная синхронизация по стандарту IEEE 1588;

- питание через Ethernet;

- промышленное управление двигателями;

- коммутаторы Gigabit Ethernet/10 Gigabit Ethernet;

- управление питанием и смешанными сигналами. На отладочной плате установлены:

• Микросхема M2S050T-1FGG896 семейства SmartFusion2, которая содержит:

- 50 000 LUT, 256 кбит ПЗУ, 1,5 Мбит ОЗУ, а также распределенное ОЗУ в структуре ПЛИС и контроллер внешней памяти;

- периферийные устройства, включая модули Triple Speed Ethernet, USB 2.0, SPI, CAN, DMA, I2C, UART, таймеры;

- 16 модулей 5 Gbps SERDES, PCIe, XAUI/XGXS+ Native SERDES;

- и многое другое, о чем можно прочитать в описании микросхемы на сайте корпорации Microsemi.

• ZL30362 — временной синхронизатор, поддерживающий требования стандарта синхронного Ethernet (SyncE) IEEE 1588.

• Модуль питания через Ethernet (PoE) мощностью до 48 Вт.

• Прецизионный 16-разрядный 8-канальный АЦП с частотой преобразования 500 ksps.

• Память:

- 512 Мбайт DDR3 и 256 Мбайт для контроля ошибок (ECC);

- 16 Мбайт SDRAM;

- 4 Гбайт флэш-памяти NAND;

- 8 Мбайт флэш-памяти с интерфейсом SPI.

• Разъем FMC для подключения плат расширения.

SmartFusion2 Advanced Development Kit

На отладочной плате набора SmartFusion2 Advanced Development Kit (рис. 5, 6) установлена самая мощная микросхема семейства SmartFusion2: M2S150T-1FCG1152ES. Она содержит 150 000 логических ячеек программируемой логики.

Содержимое отладочной платы этого набора несколько отличается от SmartFusion2 Development Kit. Например, здесь нет интерфейса CAN, но есть два разъема FMC для подключения дочерних плат из числа имеющихся в продаже, два порта Gigabit Ethernet. Прецизионная схема на операционном усилителе позволяет точно измерить потребляемую мощность устройства. Объем установленной на плате памяти разных видов значительно больше: 1 Гбайт DDR3 и 256 Мбайт для коррекции ошибок, а также 2 Гбайт флэш-памяти SPI, из которых 1 Гбайт подключен к SPI-порту микроконтроллерной подсистемы и 1 Гбайт — к программируемой логике. На плате имеется также небольшая макетная область.

При покупке набора бесплатно предоставляется годовая лицензия Platinum на САПР Libero стоимостью $2500.

SmartFusion2 DMPM Kit

Аббревиатура DMPM расшифровывается как Digital Mixed-Signal Power Management — «цифровое управление смешанными сигналами и питанием». Отладочный набор SmartFusion2 DMPM Kit (рис. 7) сделан на основе набора SmartFusion DMPM kit. В нем используется способность устройства SmartFusion2 управлять множеством (до 64) каналов аналоговых и цифровых точек нагрузки. На плате SmartFusion2 DMPM Kit есть 16 каналов, 8 аналоговых и цифровых точек нагрузки. Разъем PMBus предназначен для организации связи по шине I2C, которую можно протестировать при помощи модуля USB- I2C, входящего в набор.

Система цифрового управления смешанными сигналами и питанием — MPM — позволяет решать следующие задачи:

• высокоточное слежение за состоянием системы питания;

• управление последовательностью включения источников питания;

• подстройка выходных напряжений с обратной связью;

• управление включением и выключением до 64 внешних источников питания, каждый из которых может быть аналоговой точкой нагрузки (Analog Point of Load, APOL) или цифровой точкой нагрузки (Digital Point of Load, DPOL).

Вам не нужно использовать инструменты проектирования для ПЛИС, чтобы конфигурировать последовательность включения источников питания, уровни или пороги. Проект MPM программируется в устройстве

Разъем FMC LPC (J60)

Макетный разъем

DDR3SDRAMs 4-256 Мбайт

hJ

Банки-15,16 Банки-0,3,5,6,8,11,14,17,18 Банк4 (MSIOD) (MSIO) (MSIO)

SERDES0

DDR3SDRAMs 256 Мбайт (SECDED)

MDDR

(Банк 2)

Отладочные

светодиоды

Отладочные переключатели

SmärtFiision 2

SoC FPGA

M2S15QT-FCG1152ES

USB_D(baHn3)

§ I 1 Гба йт I

LaneO

Lanel Краевой

Lane2 разъем

Lane3 PCIe *4

' Lanel Разъем FMC J30

" LaneZ

Lane3

LaneO

' Lanel

"" Lane2

" Lane3

LaneO Разъем FMC J60

Une1 0

Lane2 Lane3 Физический уровень Ethernet - RJ45

^ MDIO _ RJ45

Разъем USB micro AB

I Разъем I

\Myrii

J L

Разъем I RVI I I Разъем I I ЕШ I 0. и a

J Flash 1 Гбайт /Мул ьт и ппе ксорч I I I

Разъем USB mini В

Рис. 6. Блок-схема отладочной платы SmartFusion2 Advanced Development Kit

через удобную автономную графическую оболочку. Эта оболочка разрешает:

• конфигурировать управление питанием;

• управлять выходными сигналами;

• отслеживать напряжения и их отклонения от пределов, заданных пользователем. Все это можно делать, не запуская среду Libero SoC. В результате увеличивается гибкость, уменьшается количество деталей на печатной плате и повышается надежность

APOL 5-8 JP28 JP29 JP31 DPOL1-4 JP22

Рис. 7. Отладочная плата SmartFusion2 DMPM Kit

системы за счет уменьшения числа возможных точек возникновения отказов.

Особенности дочерних плат для набора SmartFusion2 DMPM Kit:

• Восемь независимых аналоговых стабилизаторов — четыре на 3,3 В и четыре на 1,5 В. Для каждой аналоговой шины питания имеется потенциометр смещения и замыкающая кнопка для имитации отказа.

• Восемь цифровых точек нагрузки — четыре на 3,3 В и четыре на 1,5 В. Все шины имеют замыкающие кнопки для имитации отказа.

• Восемь светодиодов для отображения состояния системы MPM.

• Полностью независимый источник питания 12 В со своим выключателем.

• Полностью изолированные от материнской платы области питания.

• Возможность подключения через разъем FMC к отладочному набору SmartFusion2 Development Kit.

• Если необходимо использовать MPM в качестве образцового проекта, можно загрузить с сайта корпорации Microsemi проект для среды Libero SoC и исходный код ПО на языке C.

Заключение

Корпорация Microsemi уделяет много внимания поддержке разработчиков, которые используют или намерены использовать микросхемы семейств IGLOO2 и SmartFusion2. Для них выпущен целый ряд непрерывно

78 компоненты i плис

совершенствующихся отладочных наборов. Кроме того, выпускаются новые наборы взамен старых, которые, тем не менее, не теряют поддержку со стороны корпорации. Это позволяет адаптировать разработки к современным требованиям промышленности.

В следующих статьях цикла мы начнем рассматривать конкретные проекты для семейств IGLOO2 и SmartFusion2. ■

Литература

1. Иоффе Д., Казаков А. SmartFusion2 и IGLOO2 — надежные, экономичные, компактные // Компоненты и технологии. 2014. № 8.

2. IGLOO2 Evaluation Kit http://www.microsemi.com/products/fpga-soc/design-resources/dev-kits/igloo2/igloo2-evaluation-kit

3. SmartFusion2 Evaluation Kit http://www.microsemi.com/products/fpga-soc/ design-resources/dev-kits/smartfusion2/sf2-evaluation-kit

4. SmartFusion2 Starter Kit http://www.microsemi.com/products/fpga-soc/ design-resources/dev-kits/smartfusion2/smartfusion2-starter-kit

5. SmartFusion2 Development Kit http://www.microsemi.com/products/fpga-soc/ design-resources/dev-kits/smartfusion2/smartfusion2-development-kit

6. SmartFusion2 SoC FPGA Advanced Development Kit http://www. microsemi.com/products/fpga-soc/design-resources/dev-kits/smartfusion2/ smartfusion2-advanced-development-kit

7. http://www.microsemi.com/products/fpga-soc/design-resources/dev-kits/ smartfusion2/smartfusion2-dmpm-kit

8. http://www.microsemi.com/document-portal/doc_download/132902-pcie-adapter-card-for-pcie-control-plane-demo

НОВОСТИ I беспроводные технологии

Компактный и быстрый ЭО-модем

на платформе Intel — Fibocom H350

Компания Fibocom представляет один из самых компактных на рынке 3G-»^eM H350, основанный на современной платформе XMM6260 от компании Intel.

Модем сертифицирован по автомобильному стандарту ISO/TS 16949, что гарантирует высокое качество и безотказную работу.

Основные технические характеристики:

• Частотные диапазоны:

- UMTS/HSPA+ 900/2100 Мгц;

- GSM 900/1800 Мгц.

• Скорость передачи данных:

- downlink: 21 Мбит/c;

- uplink: 5,76 Мбит/c.

• Встроенные стеки: TCP/UDP/FTP/HTTP.

• Интерфейсы: USB 2.0 HS; 2xUART; SPI; I2C; I2S; PCM/HSIC/GPIO; ADC; RTC.

• Доп. функции: DTMF; CSD; watchdog; echo/noise suppression.

• Компактный корпус:17,8х29,8 мм.

• Рабочий температурный диапазон: -30...+85 °C. 3G-модем H350 отлично подходит для таких областей применения, как системы охраны, передача видеоданных, мониторинг транспорта, телеметрия и POS-системы.

www.eltech.spb.ru

Spb Integral Интеграл СПБ

Совместное предприятие

ЗАО «ИНТЕГРАЛ СПб», г. Санкт-Петербург является официальным представителем ОАО «ИНТЕГРАЛ» на территории России.

ЗАО «ИНТЕГРАЛ СПб» осуществляет продажу микроэлектронных компонентов по номенклатурному перечню ОАО «ИНТЕГРАЛ»

(•Завод полупроводниковых приборов»; з-д. «Транзистор»; з-д. «Цветотрон»)

Поставка изделий отечественного производства с приемкой «1», «5» и «9» со склада и под заказ. Разработка и изготовление микросхем специального назначения. Поставка изделий иностранного производства под контролем ВП МО РФ.

Лицензия «второго» поставщика.

Свидетельство об аттестации № СВС.01.423.1230.13 от 20.06.2013г.

Сертификат на разработку интегральных микросхем № СВС.01.411.0045.12 от 06.02.2012г.

Сертификат соответствия «Оборонсертифика» № 6300.311667/1Ш от 29.07.2013г.

Всю информацию Вы можете получить из каталогов ОАО «ИНТЕГРАЛ»

http://www.integral.by Отгрузка со склада в Санкт-Петербурге.

Торговля оптом и в розницу.

Россня, Санкт-Петербург, Ириновский пр., д. 21, к. 1 Тел.: (812)527-78-85,527-78-86. Факс 527-78-90 E-mail: [email protected] http://www.integralspb.ru