Řadiče periferií pro vývojovou desku Spartan3E Starter Kit Jaroslav Stejskal, Jiří Svozil, Leoš Kafka, Jiří Kadlec

http://sp.utia.cz

Technická zpráva

Řadiče periferií pro vývojovou desku Spartan3E Starter Kit Jaroslav Stejskal, Jiří Svozil, Leoš Kafka, Jiří Kadlec [email protected]

Obsah 1. Úvod................................................................................................................ 2 2. Popis modulů .................................................................................................. 2 2.1 LCD............................................................................................................... 2 2.2 PWM ............................................................................................................. 3 2.3 ADC .............................................................................................................. 4 2.4 DAC .............................................................................................................. 4 2.5 FREQ_CNT................................................................................................... 5 2.6 FREQ_GEN .................................................................................................. 5 2.7 NOR_FLASH................................................................................................. 6 2.8 SPI_FLASH................................................................................................... 6 3. Použité/Potřebné vybavení a nástroje ............................................................. 7 4. Obsah a popis přiloženého balíku ................................................................... 7 5. Reference........................................................................................................ 8

Revize Revize 0 1 2

Datum 8.12.2008

Autor L.K.

Popis změn v dokumentu Vytvoření dokumentu

© 2007 ÚTIA AV ČR, v.v.i. All disclosure and/or reproduction rights reserved.

1. Úvod Tato zpráva popisuje sadu modulů pro ovládání periferií na vývojové desce Spartan3E Starter Kit (S3ESK) [1]. Moduly umožňují ovládání těchto periferií na vyšší úrovni i bez znalostí konkrétního hardware, čímž usnadňují použití těchto periferií v aplikacích na FPGA a urychlují vývoj těchto aplikací. Vývoj modulů byl inspirován příklady [2] pro vývojovou desku S3ESK.

2. Popis modulů Sada zahrnuje celkem osm modulů. Označení a popis modulů je v tabulce Tabulka 1. Všechny moduly jsou založeny na konfigurovatelném wrapperu 8-bitového procesoru Xilinx PicoBlaze [3]. Popis tohoto wrapperu, označovaného jako Universal/UTIA PicoBlaze Wrapper (UPB), je v [4]. Tabulka 1 - seznam modulů Označení

Popis

LCD

Modul pro řízení znakového LCD displeje s řadičem HD44780

PWM

Modul osmi-kanálové PWM

ADC

Řadič dvoukanálového A/D převodníku LTC1407A-1 a programovatelného zesilovače LTC6912-1

DAC

Řadič čtyřkanálového D/A převodníku LTC2624

FREQ_CNT

Modul čítače frekvence 10Hz - 200MHz

FREQ_GEN

Modul generátoru frekvence 20kHz - 25MHz

NOR_FLASH

Modul řadiče paměti 128Mbit Intel StrataFlash parallel NOR Flash PROM

SPI_FLASH

Modul řadiče paměti M25P16 SPI Serial Flash

2.1 LCD Modul LCD slouží k ovládání znakového LCD displeje s řadičem HD44780. Uživatelské rozhranní představuje paměť RAM. Data zapsaná do této paměti se zobrazí na LCD displeji. Blokové schéma znázorňuje Obrázek 8. Wrapper UPB je nakonfigurován tak, že obsahuje vstupní paměť RAM o velikosti 32x8 bitů a výstupní 8-bitový registr pro řízení displeje. LCD CORE UPB ram_addr ram_din

RAM 32x8b

ram_addr

reg_dout

ram_dout

IO decoder reg_wen

ram_wen

lcd_data lcd_e lcd_rs lcd_rw

ram_dout

clk en

PicoBlaze processor

Program ROM

Obrázek 1 Blokové schéma modulu LCD řadiče

http://sp.utia.cz

2/8 © 2007 ÚTIA AV ČR, v.v.i. All disclosure and/or reproduction rights reserved

2.2 PWM Modul PWM představuje řadič osmi-kanálové PWM. Uživatelský interface představuje 8 registrů, z nichž každý obsahuje hodnotu pro jeden kanál PWM, a jeden registr pro povolení zápisu do těchto 8 registrů. Blokové schéma je na obrázku Obrázek 2. Kromě wrapperu UPB byl v tomto případě použit čítač.

Obrázek 2 Blokové schéma modulu PWM

http://sp.utia.cz


2.3 ADC Modul ADC je řadič dvoukanálového A/D převodníku a programovatelného zesilovače s rozhraním SPI. Uživatelský interface představují čtyři řídící signály a jedna výstupní paměť FIFO, do které jsou zapisována data přečtená z A/D převodníku. Blokové schéma znázorňuje Obrázek 3. Wrapper UPB je nakonfigurován tak, že obsahuje několik registrů pro uživatelský interface a pro komunikaci s převodníkem a jednu výstupní FIFO pro data.

Obrázek 3 Blokové schéma modulu A/D řadiče

2.4 DAC Modul DAC představuje univerzální řadiče D/A převodníku s rozhraním SPI. Uživatelský interface představují tři řídící signály a vstupní paměť FIFO, do které se zapisují data pro D/A převodník. Blokové schéma je na obrázku Obrázek 4. DA CORE UPB spi_sdo spi_ready

processor PicoBlaze

spi_clk spi_sdi spi_dac_cs spi_dac_clr

set_one set_cont

IO decoder

da_busy

channel_en

fifo_din

spi_request

FIFO 16x8b

fifo_empty fifo_full

fifo_wr clk en

Obrázek 4 Blokové schéma modulu D/A převodníku

http://sp.utia.cz


2.5 FREQ_CNT Modul FREQ_CNT představuje HW modul univerzálního čítače frekvence. Modul umožňuje přesné měření frekvencí v rozsahu 10Hz až 200MHz s možností průměrování. Uživatelský interface představuje vstupní signál měřeného kmitočtu freq_for_meas, vstupní registr pro počet průměrkovaných vzorků a výstupní registr obsahující naměřenou frekvenci. Blokové schéma modulu je na obrázku Obrázek 5. Kromě wrapperu UPB obsahuje modul ještě čítač pro přesné generování časové základny a čítač pro měření periody vstupního signálu.

Obrázek 5 Blokové schéma modulu čítače frekvence

2.6 FREQ_GEN Modul FREQ_GEN představuje univerzální generátor frekvence. Modul generátoru umožňuje dělení vstupní uživatelské frekvence danou hodnotou. Výstupní frekvence je dána vztahem

clk _ out =

clk _ in , kde user_D je v rozsahu od 2 do 255. user _ D

Blokové schéma modulu znázorňuje Obrázek 8.

FG CORE clk_in user_D

control

D C M

clk_out

clk_50MHz en

UPB

clk_out_ready

Obrázek 6 Blokové schéma modulu generátoru frekvence

http://sp.utia.cz


2.7 NOR_FLASH Modul NOR_FLASH představuje řadič paměti 128Mbit Intel StrataFlash parallel NOR Flash PROM. K ovládání modulu a jako datový vstup slouží vstupní paměť FIFO o volitelné délce. Jako datový výstup slouží výstupní FIFO, jejíž délka je také volitelná. Blokové schéma modulu znázorňuje Obrázek 8. NOR FLASH CORE UPB clk en

strataflash_oe strataflash_ce strataflash_we strataflash_byte

NOR Flash

strataflash_a [23:0] strataflash_sts

strataflash_d [7:0] fifo_in_empty fifo_in_full

fifo_in_din fifo_in_wr

FIFO in

FIFO out

fifo_out_rd

fifo_out_dout fifo_out_empty fifo_out_full

Obrázek 7 Blokové schéma modulu řadiče paměti NOR Flash

2.8 SPI_FLASH Modul SPI_FLASH představuje univerzální řadič paměti SPI Serial Flash. Uživatelský interface je shodný s modulem NOR_FLASH. K ovládání modulu a jako datový vstup slouží vstupní paměť FIFO o volitelné délce. Jako datový výstup slouží výstupní FIFO. Blokové schéma modulu znázorňuje Obrázek 8.

Obrázek 8 Blokové schéma modulu řadiče paměti SPI Flash

http://sp.utia.cz


3. Použité/Potřebné vybavení a nástroje Moduly byly napsán v programovacím jazyce VHDL. Pro implementaci bylo použito vývojové prostředí Xilinx ISE (WebPack) verze 9.2.04i. Program procesoru PicoBlaze byl napsán v assembleru a k překladu byl použit assembler KCPSM3.exe, který je součástí balíčku procesoru PicoBlaze [3]. Testovací příklad byl vytvořen na vývojovém kitu Xilinx Spartan3E Starter kit (S3ESK) [1].

4. Obsah a popis přiloženého balíku Moduly jsou na CD umístěny v samostatných adresářích, jméno adresáře odpovídá označení modulu. V těchto adresářích jsou NGC netlisty, příklad pro vývojovou desku S3ESK a uživatelská dokumentace k modulu. CDROM/ appnote_s3esk_peripherals.pdf Tento dokument LCD PWM ADC DAC FREQ_CNT FREQ_GEN NOR_FLASH SPI_FLASH

Modul pro řízení znakového LCD displeje s řadičem HD44780 Modul osmi-kanálové PWM Řadič dvoukanálového A/D převodníku LTC1407A-1 a programovatelného zesilovače LTC6912-1 Řadič čtyřkanálového D/A převodníku LTC2624 Modul čítače frekvence 10Hz - 200MHz Modul generátoru frekvence 20kHz - 25MHz Modul řadiče paměti 128Mbit (16MByte) Intel StrataFlash parallel NOR Flash PROM Modul řadiče paměti M25P16 SPI Serial Flash

http://sp.utia.cz


5. Reference [1] Xilinx Spartan3E Starter Kit, http://www.xilinx.com/products/devkits/HW-SPAR3E-SK-US-G.htm [2] Spartan-3E FPGA Starter Kit Board Design Examples, http://www.xilinx.com/products/boards/s3estarter/reference_designs.htm [3] Procesor PicoBlaze, http://www.xilinx.com/picoblaze, Xilinx [4] J. Stejskal, J. Svozil, L. Kafka, J. Kadlec, UPB – UTIA PicoBlaze Wrapper. Praha : ÚTIA AV ČR, 2008.

http://sp.utia.cz


Řadiče periferií pro vývojovou desku Spartan3E Starter Kit Jaroslav Stejskal, Jiří Svozil, Leoš Kafka, Jiří Kadlec

Recommend Documents