FPGA-Entwicklung, leicht gemacht

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Meist finden sich Mikrocontroller in Steuerungen. Doch auch FPGAs können manche Anforderung abdecken oder ältere Architekturen von Prozessoren reaktivieren – mit FPGA-Boards für den schnellen Einstieg.

Entwicklungsboards für FPGAs gibt es viele, da Hersteller selbst schon Hardware für ihre Chips und Software benötigen. Jedoch haben diese oft den Nachteil des höheren Preises und dienen nur der Evaluierung, was den industriellen Temperaturbereich und eine Garantie für den Serieneinsatz ausschließt. In einigen Fällen ist auch kein Debugger beziehungsweise Programmer integriert und muss entsprechend dazugekauft werden.

In der FPGA Community gibt es auch viele Boards, die aber meist für bestimmte Anwendungen gedacht sind und deshalb bezüglich Speicher- und Schnittstellenausstattung limitiert sind. Auch diese können normalerweise nicht in industriellen Produkten eingesetzt werden.

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Günstiger Einstieg in die FPGA-Entwicklung

Deshalb hat sich das Arrow Engineering Team zusammen mit Trenz Electronic überlegt, was für einen günstigen Einstieg in die FPGA-Entwicklung benötigt wird, und wie sich dieses Tool anschließend auch für Projekte in kleinen Serien nutzen lässt. Da Arrow sowohl FPGAs von Altera (jetzt Intel), als auch Lattice und Microsemi (jetzt Microchip) im Portfolio hat, sollte daraus eine Familie von Boards werden. Gewünschte Funktionen waren:

günstiger Preis, integrierter Debugger mit einer seriellen Schnittstelle, kleiner Formfaktor (Nano Arduino), Tasten und LEDs zur Bedienung und Statusanzeige, zusätzlicher Programmspeicher, zusätzliches RAM sowie ein 12-Pin-Pmod-Konnektor

Innerhalb der letzten zwei Jahre haben Arrow und Trenz vier Boards für die FPGA-Entwicklung realisiert, welche bei Preisen unter 50 € die gewünschten Features realisiert haben. Da alle Hersteller für die kleineren FPGA-Derivate kostenlose Software und auch entsprechende IP (Intellectual Property; vorgefertigter Funktionsblock eines Chipdesigns) für die Schnittstellen und sogar für die Prozessoren (NIOS II, LatticeMICO8/32 und jetzt auch RISC V) zur Verfügung stellen, sind keine weiteren Investitionen erforderlich.

Diese FPGA-Boards werden über den Mikro-USB-Anschluss versorgt und programmiert. In dem auf diese Weise verbundenen – auch separat verfügbaren – Arrow USB Programmer 2 ist auch eine USB-UART-Bridge integriert und damit immer eine serielle Schnittstelle für die Prozessor-IP verfügbar. Diese Boards können auch über zwei Taster bedient werden und haben acht LEDs als Anzeige. Die zusätzlich bestückbaren Nano-Arduino- und Pmod-Konnektoren erlauben den Anschluss externer Hardware. Im folgenden lesen Sie im Detail, wie die einzelnen FPGA-Boards Sie bei Ihrer Arbeit unterstützen können. User Guide, Schematics und Beispielprogramme finden Sie auf den Webseiten von Arrow und Trenz Electronic.

FPGA-IoT-Board MAX1000 für End-to-End-Anwendungen

Das FPGA-IoT-Maker-Board MAX1000 (Modell TEI0001 bei Trenz Electronic) ist die kostengünstigste MAX10-Lösung am Markt und eignet sich auch für IoT-Entwickler, die erst mit der FPGA-Programmierung beginnen. Das Plug-&-Play-Kit integriert Arrows USB Programmer2 und enthält eine vorprogrammierte Demo-Anwendung. Darüber hinaus enthält das MAX1000 einen Mikrochip-MEMS-Oszillator, eine Enpirion-DC/DC-Spannungsversorgung über USB und 64-MBit-SDRAM von Winbond. Diese Ein-Chip-Lösung umfasst auch einen integrierten A/D-Wandler für analoge Signale, einen 32-Bit-Soft-Mikrocontroller NIOS2 sowie integrierten, konfigurierbaren Flash-Speicher, desweiteren 8-MByte-Quad-SPI-Flash und 3-Achsen-Beschleunigungssensor.

Das Board MAX1000 gibt es in unterschiedlichen Varianten: Für ca. 26 € erhalten Interessenten die Version mit 8000 Logikelementen (LE). Aber auch größere Versionen, etwa mit 16- oder 32 kLE und 32-MByte-SDRAM sind verfügbar. Die MAX10-Serie hat ein integriertes Flash und einen 1-MHz-12-Bit-A/D-Wandler. Der Chip ist nach dem Start sofort aktiv, kann aber auch das externe SDRAM als Programmspeicher nutzen und dafür auch große Programme aus dem hier verfügbaren QuadSPI Flash laden.

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