راهنمای سخت‌افزاری “پازج یک”

“پازج یک” یک پلتفرم آموزشی FPGA با پشتیبانی و آموزش‌های فارسی و مناسب برای دانشجویان و نوآموزانی است که قصد ورود به دنیای طراحی با FPGA را دارند. این برد بر مبنای تراشه‌ی Xilinx SPARTAN-6 بنا شده است و دارای پرورگرامر USB روی برد است. از دیگر امکانات این برد میتوان به حافظه‌ی SRAM با ظرفیت 512KB، درگاه USB با سرعت ارتباطی حداکثر 10MB/s و همچنین 64Mbit حافظه‌ی Flash جهت ذخیره‌ی برنامه‌ی FPGA اشاره کرد.

تراشه‌ی Xilinx Spartan6-LX9

پروگرامر USB روی برد با قابلیت پشتیبانی توسط مجموعه‌ی نرم‌افزاری Xilinx

4 مگابیت حافظه‌ی SRAM (تراشه‌ی IS61WV5128BLL)

واسط USB 2.0 با سرعت حداکثر 10MB/s (تراشه‌ی FT2232H)

حافظه‌ی Flash با ظرفیت 64Mbit جهت ذخیره برنامه‌ی FPGA (تراشه‌ی W25Q64)

48 پین ورودی/خروجی همه منظوره

توسعه‌ی وسائل جانبی (peripheral) از طریق کانکتور بال (Wing)

اسیلاتور 24MHz

تراشه‌ی SPARTAN-6 LX 9

تراشه‌ی Xilinx Spartan-6 LX9 نسل جدید FPGA های خانواده‌ی SPARTAN شرکت Xilinx است که نسبت به نسل قبلی آن (SPARTAN-3) برتری‌های زیادی دارد؛ از جمله:

– مصرف توان پایین‌‌تر (حدود 50%) به لطف تکنولوژی ساخت 45nm

– افزایش 2 برابری ظرفیت لاجیک FPGA بواسطه‌ی جایگزینی LUT های 4 ورودی نسل قبلی با LUT های 6 ورودی در SPARTAN-6

– افزایش ظرفیت بلوک‌های DSP

– پشتیبانی از استاندارد ارتباطی TMDS با امکان برقراری اینترفیس ویدئویی HDMI و DVI بدون نیاز به هیچ‌گونه چیپ اضافی!

– بهبود منابع کلاک با استفاده از واحدهای (CMT (Clock Management Tile که علاوه بر (DCM (Digital Clock Manager حاوی یک واحد (PLL (Phase Locked Loop نیز می‌باشند (برخلاف SPARTAN-3 که تنها دارای DCM است).

درگاه USB دو کاناله:

“پازج یک” برای برقراری ارتباط با کامپیوتر از تراشه‌ی مبدل FT2232H استفاده می‌کند که دو کانال ارتباطی مجزا را در اختیار قرار می‌دهد:

کانال A: که تنها جهت برنامه‌ریزی FPGA و SPI Flash متصل به آن به کار می‌رود.

کانال B: این کانال قابلیت پیکره‌بندی در هر دو حالت UART و Asynchronous FIFO را دارد که در حالت اول امکان برقراری ارتباط با حداکثر سرعت 12MBuad و در حالت دوم با حداکثر سرعت (10MBytes/s (80 Mbps را فراهم می‌کند.

پروگرامر USB روی-برد:

یکی از ویژگی‌های قابل توجه “پازج یک” برخورداری از پروگرامر USB روی برد است که توسط مجموعه‌ی نرم افزاری Xilinx ISE بطور کامل پشتیبانی می‌شود! این ویژگی جالب که تا قبل از این تنها در چند مدل از بردهای آموزشی گران قیمت به چشم می‌خورد کاربر را از خرید پروگرامرهای USB گران قیمت موجود در بازار (که اکثرا نیز از نوع Clone و بی کیفیت هستند) بی‌نیاز می‌سازد. نکته‌ای که لازم است بر روی آن تاکید شود این است که پروگرامر مذکور بدون نیاز به نصب هیچ‌گونه نرم‌افزار اضافی و اعمال تنظیمات خاص از سوی کاربر قابل استفاده بوده و کلیه‌ی درایورهای مورد نیاز جهت کارکرد این پروگرامر در هنگام نصب مجموعه‌ی ISE بصورت اتوماتیک نصب خواهند شد. همچنین لازم به ذکر است که پروگرامر مذکور علاوه بر نرم‌افزار Impact (جهت برنامه‌ریزی FPGA) در نرم‌افزارهای Chipscope (جهت دیباگ سخت‌افزار) و SDK (جهت برنامه‌ریزی و دیباگ MicroBlaze) نیز بطور اتوماتیک قابل شناسایی و استفاده است.

حافظه SRAM:

هر چند در یک قیمت مساوی SRAM در مقایسه با نوع حافظه‌ی DRAM از ظرفیت‌ کمتری برخوردار است، اما مزیت مهم SRAM-ها سادگی استفاده از آن‌ها است که برای یک برد آموزشی از اهمیت بیشتری برخوردار است. “پازج یک” مجهز به حافظه‌ IS61WV20488BLL است که 512KB حافظه‌ی SRAM را در اختیار کاربر قرار می‌دهد. این میزان حافظه، محدودیت حافظه‌ی برنامه‌ی MicroBlaze را که ناشی از محدود بودن آن به حافظه‌ی داخلی FPGA است برطرف نموده و فضای کافی برای نوشتن کدهای نسبتا طولانی برای پردازنده‌ی MicroBlaze را فراهم می‌نماید. استفاده بعنوان Frame Buffer جهت نمایش تصویر روی خروجی VGA نیز می‌تواند یکی دیگر از نمونه کاربردهای این حافظه باشد.

حافظه SPI:

از آنجایی که FPGA ها عموما فاقد حافظه‌ی غیرفرار جهت ذخیره‌ی فایل پیکره‌بندی هستند، با قطع تغذیه‌ نیاز به برنامه‌ریزی مجدد دارند. بنابراین نیاز است تا فایل پیکره‌بندی آنها در یک حافظه‌ی غیرفرار ذخیره شود و هر بار پس از اتصال تغذیه مجددا فراخوانی شده و FPGA را پیکره‌بندی نماید.

“پازج-یک” جهت ذخیره‌ی فایل پیکره‌بندی FPGA از حافظه‌ی فلش W25Q64 با ظرفیت 64Mbit استفاده می‌کند. این حجم از حافظه آنقدر زیاد است که کاربر می‌تواند تا 23 فایل پیکره‌بندی متفاوت را کنار یکدیگر روی حافظه ذخیره کرده و با استفاده از قابلیت MultiBoot موجود در SPARTAN-6 هر بار FPGA را توسط یکی از آن‌ها پیکره‌بندی نماید.

بخش تغذیه:

تغذیه‌ی “پازج یک” توسط کانکتور Micro USB موجود روی برد تامین می‌شود (همان کانکتوری که نقش پروگرامر و واسط ارتباطی USB با کامپیوتر را نیز دارد!). دو عدد رگولاتور خطی وظیفه‌ی تبدیل ولتاژ 5 ولت تامین شده توسط پورت USB به ولتاژهای 3.3 و 1.2 ولت را دارند. مطابق استاندارد، حداکثر جریان قابل تامین توسط درگاه USB 2.0 معادل 500mA است که در اکثر قریب به اتفاق موارد این مقدار جهت کارکرد برد و بال‌های آن کافی است. اما چنانچه در موارد معدودی این مقدار کفاف نیاز برد را ندهد، امکان تامین تغذیه توسط کانکتور 2 پین تعبیه شده روی برد نیز فراهم است.

ورودی/خروجی ها:

“پازج یک” برای ارتباط با جهان خارج از 48 عدد پین ورودی/خروجی همه منظوره (GPIO) استفاده میکند که در قالب کانکتوری با طرح ویژه‌ به نام “بال (wing)” در اختیار کاربر قرار گرفته‌اند. ویژگی شاخص کانکتور “بال” این است که در کنار هر 8 پین GPIO، 4 عدد پین تغذیه (شامل GND و 3 ولتاژ تغذیه‌ی متفاوت که عموما 5، 3.3 و 2.5 ولت هستند) قرار داده است که میتواند جهت تامین تغذیه‌ی تجهیزات جانبی متصل شده به برد بکار رود. کاربر میتواند به نحو دلخواه از پین‌های ورودی/خروجی فراهم شده استفاده نموده و یا از آنها برای اتصال برد به ابزارک‌های جانبی مخصوص آن (با نام “بال“) استفاده نماید.

اسیلاتور:

یک اسیلاتور 24 مگاهرتزی بعنوان مولد پالس ساعت ورودی FPGA بکار رفته است که توسط واحدهای CMT (Clock Management Tile) داخلی FPGA میتواند محدوده‌ی وسیعی از فرکانس‌ها را تولید نماید. لازم به ذکر است تراشه‌ی SPARTAN-6 LX9 دارای 2 واحد CMT است که هر یک دارای 1 واحد PLL و 2 واحد DCM است که این امر انعطاف‌پذیری‌ بالایی جهت تولید فرکانس‌های دلخواه فراهم می‌نماید.

LED نشان‌دهنده‌ی وضعیت پیکره‌بندی FPGA:

یک LED آبی رنگ با برچسب DONE بر روی برد قرار گرفته است که نشان‌دهنده‌ی وضعیت پیکره‌بندی FPGA است. روشن بودن این LED نشان‌دهنده‌ی این است که عملیات پیکره‌بندی به طور کامل انجام شده است و خاموش بودن آن نشان‌دهنده‌ی عدم پیکره‌بندی کامل FPGA است.

کلید فشاری همه منظوره:

یک کلید فشاری (Push Button) روی برد قرار داده شده است که می‌تواند به عنوان یک ورودی همه منظوره بکار گرفته شود. یکی از موارد پرکاربرد این کلید می‌تواند استفاده بعنوان Reset خارجی پردازنده‌ی MicroBlaze باشد. توجه داشته باشید که عملکرد این کلید بصورت Active-Low است، بدین مفهوم که در حالت عادی مقدار پین متصل شده به آن “1” و در حالت فشردن کلید مقدار آن “0” می‌شود.