Как бы потихонечку освоить работу с FPGA

[Lavr]

Давно я уже присматриваюсь к тому, как бы потихонечку освоить работу с FPGA...
Есть у меня проекты, которые хочется увидеть в железе, но уж зело они великИ,
чтобы их паять на макетках... (к примеру, 4-bit-CPU)
Да и в принципе, люди, владеющие FPGA, говорят, что забудешь фразу "у меня
нет вот такой-то микросхемы логики"...

Я подробно слежу за FPGA-проектами на нашем форуме и пролопатил много материалов
в сети интернет, в результате у меня сложилось мнение, что мне нужно, но оно нуждается
в уточнении людей, имеющих опыт.

1) мне нужна платка с ПЛИС Altera, достаточно ёмкой для проекта с CPU, 5-вольтовой,
удобная для сопряжения с беспаечной макеткой - посоветуйте?

2) мне нужен Quartus, но почему-то везде советуют "не очень новой версии" -
в новых что-то выпилено и чего-то не хватает. Какой искать Quartus?

3) мне нужен USB-Программатор ByteBlaster. Здесь вроде как вариантов нет...

Этого всего достаточно?


Пока я не определился точно с пунктами 1) и 2) хотелось бы попрактиковаться в каком-либо
простеньком "симуляторе" VHDL, из того, что я прочитал, советуют: Симулятор Aldec и еще
Icarus Verilog в связке с GTKWave for Windows.

Есть еще что-либо небольшое, доступное и удобное?

[Shaos]

Xilinx лучше

[newold86]

мне нужна платка с ПЛИС Altera, достаточно ёмкой для проекта с CPU, 5-вольтовой

FPGA Altera вообще не бывает совместимых с 5V. Были старые CPLD от Altera (их еще можно купить за сумасшедшие деньги при весьма скромных по современным меркам параметрам), которые совместимы с 5V

[Lavr]

FPGA Altera вообще не бывает совместимых с 5V.

Я, конечно, боюсь ошибиться, но кажется, на нашем форуме и читал, что есть экземпляры,
вполне работающие при 5V, хотя этого и не обещает производитель.
Вот мне такой экземпляр и хотелось бы приобрести... или даже парочку...

[Lavr]

Ну вот, к примеру, есть такая плата: Марсоход2 - с ПЛИС Cyclone III



Я правильно понимаю, что ПЛИС Cyclone III в ней работает при 3.3В,
а для согласования с 5В периферией там в линии воткнуты резисторы?

[Lavr]

Из того, что я просмотрел в интернете, мне понравились вот такие платки:

ALTERA FPGA CycloneII EP2C5T144.JPG

Но эта, на мой взгляд, неудобна для макетирования...

Вот эта - более удобна...

Altera CycloneII EP2C5T144.JPG

А вот эта, как мне кажется, удобнее всего, особенно если бы коннектор
поперек двух основных рядов вывели бы под шлейф...

core_EP2C8.JPG

[Lavr]

Есть платки, уже увешанные преобразователями:

bot.800.jpg

Но, видимо, это всё же экзотика...

Вот еще довольно симпатичный экземпляр: MCU ALTERA FPGA NIOS

ALTERA MCU FPGA NIOS.jpg

Довольно популярная DE0-Nano_FPGA Altera Cyclone IV что-то мне кажется
слишком "навороченной" и дорогой...

DE0-Nano_FPGA Altera Cyclone IV.jpg

[Vasil Ivanov]

Xilinx лучше

Не факт. Хотя они может и распространены больше в Америкосии. В Xilinx ISE констрейны писать - лучше сразу застрелиться, к тому же они там заметно ограниченнее, чем в Квартусе.
Vivado в расчет не берем - в ней нет поддержки хоббийных плисин.
И по дев-бордам (хоббийным) Альтеровские гораздо лучше Хилых (могу судить по своему опыту).

[Lavr]

И по дев-бордам (хоббийным) Альтеровские гораздо лучше Хилых (могу судить по своему опыту).

Я по Вашему опыту тоже судю...

Как привыкнешь к плис-ам, то будешь ловить себя на мысли - "и чего это я раньше этим не занялся и все тянул". И про рассыпуху забудешь как про страшный сон. И не бойся подымать руку на FPGA, они не страшные . Не зацикливайся на одном Xilinx-е, с Альтерой тоже знакомься. Из симулей юзаю менторские modelsim (10.1c) и questasim (10.0b). Халява ессно - лицензия к ним сильно крутая по цене, не для индивидуалов. Если когда-нить дозреешь до дев-борды, то Боже упаси тебя покупать какие-нить от "LDM-Systems" !, только от DIGILENT, типа NEXYS2, NEXYS3. А для Альтеры от TERASIC, типа Altera DE0, Altera DE1.

Но тогда уж берите на себя смелость - советуйте, с чего мне стартануть без мучительного наступания на грабли?
Со временем у меня напряженно, чтобы грабли испытывать на себе...

А вариант, на котором остановился newold86 кажется мне слишком навороченным отдельным изделием:

DE2-115.gif

Хотя советы newold86 на его старте я тоже учитываю...

1. Не уверен, что CPLD лучший вариант для экспериментов - формально есть ограничение в 100 перезаписей. Однако FPGA сложнее в подключении (если хочется сохранять состояние, то нужно еще конфигурационное ПЗУ).

2. С 5В формально совместимы только CPLD Max 7000S (полностью вход и выход) и Max 3000A (входы полностью, выходы дают 3.3В как "1", что не будет работать с 5В CMOS микросхемами). FPGA формально даже 5V на входе не должны выдержать, хотя есть примеры, когда все работает без проблем. 100% вариант согласования - 74LVC8T245

3. Ног много не бывает. Начинал с 44 PLCC корпуса - даже не дошло до пайки, понял, что ног не хватает. Самый многоногий в PLCC (есть панельки) - 84, что тоже маловато. Реально сейчас использую 144 QFP (припаял с использованием платы-переходника из Chip и Dip), но вообще нужно было ставить 208 QFP (как раз поместится на плату-переходник).

4. Для прикидки - количество использованных макроячеек в моем Орионе - 200, из которых штук 50 - разные отладочные прибамбасы. Так что если брать CPLD, то нужно хотя бы 256 ячеек (а еще лучше - 512).

для начинающих по русски можно найти полезные вещи здесь - http://www.marsohod.org/

Качать нужно Quartus WEB edition. Можно скачать полноценный Subscription Edition, но без покупки он работает 30 дней. В самом начале разницу все-равно вообще не увидите.

Размер пакета большой - счет идет на гигабайты, не удивляйтесь.

Тонкий вопрос с версией Quartus. Если работать с 5В CPLD (Max 3000 и 7000), то последняя, поддерживающая их - 13.0 SP1. Не путать с 13.1 - на сегодня последняя версия, старые CPLD не поддерживает.

После скачивания Quartus'а еще понадобится (скорее всего) скачать поддержку именно тех CPLD/FPGA, с которыми будете работать.

[Lavr]

Следующая плата, на мой взгляд, наиболее грамотно выполнена, для работы с ней в макетке:
CoreEP4CE6 EP4CE6E22C8N АЛЬТЕРА Циклон IV

CoreEP4CE6 EP4CE6E22C8N АЛЬТЕРА Циклон IV.jpg

CoreEP4CE6 EP4CE6E22C8N_2.jpg

[newold86]

Довольно популярная DE0-Nano_FPGA Altera Cyclone IV что-то мне кажется
слишком "навороченной" и дорогой...

Только FPGA, установленная на плате, уже устоит в районе USD 60 - 70
Если добавить все остальное, то вроде цена всей платы в USD 79 вполне оправдана

Нужно смотреть, какого объема проекты есть желание запихивать внутрь FPGA. Для понимания порядков - мой проект viewtopic.php?f=87&t=10836 потребовал следующее количество ресурсов FPGA:

resource.png

Насчет 5V - я думал (ошибочно), что вопрос был насчет именно кристалла FPGA, штатно работающего с 5V. Варианты "попробовали, все работает" я вообще не люблю - даже что-то нарушая, предпочитаю четко отдавать себе отчет в том, что может произойти в результате моих нарушений.

Насчет согласования уровней - я вроде довольно много на этом форуме с этим возился, пробовал разные варианты. Идеально - двунаправленные преобразователи с принудительным выбором направления, но тогда всегда будет вставать вопрос о том, как рулить направлением. Кроме того, управляется вся микросхема, а это 8 или 16 линий (чаще всего), поэтому нужно сильнее задумываться, что к чему подключать. Преобразователи с автоматическим выбором направления КРАЙНЕ капризны, связываться с ними зарекся.

Резисторы с диодами - принципиально работает, но при правильном подходе нужно внимательно следить за тем, что они делают с более-менее высокочастотными сигналами. И выходное напряжение может быть недостаточным для некоторых типов 5V микросхем. Кстати, не стоит надеяться на внутренние диоды FPGA - тогда нужно обеспечить правильную последовательность включения питания и загрузки прошивки.

[newold86]

Следующая плата, на мой взгляд, наиболее грамотно выполнена, для работы с ней в макетке: CoreEP4CE6 EP4CE6E22C8N АЛЬТЕРА Циклон IV

Из того, что вижу на картинке:

1. Никаких преобразователей для 5V совместимости нет
2. Для работы понадобится что-то типа USB Blaster, который тоже стоит денег. У той же Nano Blaster имеется прямо на борту, поэтому подключать к компьютеру можно прямо через USB

[Lavr]

Насчет согласования уровней - я вроде довольно много на этом форуме с этим возился, пробовал разные варианты. Идеально - двунаправленные преобразователи с принудительным выбором направления, но тогда всегда будет вставать вопрос о том, как рулить направлением.

Осознал из Вашего же опыта... но честно говоря, утыкивать всё "ёжиками" преобразователей
никакого желания нет.

Вот этот вариант мне нравится больше, особенно, если резисторы уже на плате ПЛИС:

Резисторы с диодами - принципиально работает, но при правильном подходе нужно внимательно следить за тем, что они делают с более-менее высокочастотными сигналами. И выходное напряжение может быть недостаточным для некоторых типов 5V микросхем.

Но честно говоря, не понял совершенно, как Вы их там поставили в своей последней разработке.
Если есть ссылка, откуда Вы брали эту "мысль" - ткните в нее на посмотреть...

Особо высоких частот не предполагаю. Думаю, 10 МГц - максимально...
Начать хотел бы с "Ориона-128", почему и попросил Вас поделиться исходниками.
Глядя в Ваш "Орион", хочу попробовать сам написать "Специалист" - т.к. задача мне очень понятна.

[Lavr]

1. Никаких преобразователей для 5V совместимости нет

Да, их там похоже что нет, придется ставить извне что-то.
Но зато плата точно встанет в макетку, а не будет болтаться на шлейфах сбоку.

2. Для работы понадобится что-то типа USB Blaster, который тоже стоит денег.

Понадобится. Я вроде как это учел...

3) мне нужен USB-Программатор ByteBlaster. Здесь вроде как вариантов нет...

У той же Nano Blaster имеется прямо на борту, поэтому подключать к компьютеру можно прямо через USB

Ну и USB-Программатор ByteBlaster позволяет подключать к компьютеру прямо через USB.
А лишнее "прямо на борту" мне и кажется "излишними наворотами".

[newold86]

Вот этот вариант мне нравится больше, особенно, если резисторы уже на плате ПЛИС:

Резисторы с диодами - принципиально работает, но при правильном подходе нужно внимательно следить за тем, что они делают с более-менее высокочастотными сигналами. И выходное напряжение может быть недостаточным для некоторых типов 5V микросхем.

Но честно говоря, не понял совершенно, как Вы их там поставили в своей последней разработке.
Если есть ссылка, откуда Вы брали эту "мысль" - ткните в нее на посмотреть...

Это тайное древнее знание, доступное лишь избранным ! Но по секрету расскажу - выход/вход 5V через резистор подключается ко входу/выходу FPGA. К этому же входу/выходу FPGA подключается анод быстродействующего защитного диода (типа Шоттки). Катод диода подключается либо к +3.3V, либо через соответствующий стабилитрон на землю. Таким образом, напряжение на выводе FPGA ограничивается не "на глазок", током (как при использовании только резистора), а именно на уровне 3.3V (плюс выброс на время реакции диода). Уверен, что Вы про такой метод знали, только не думали, что так просто
Вообще на просторах интернета я находил документ, в котором подробно расписывались способы сопряжения логики с разными уровнями, но сейчас под рукой нет. Могу еще предложить документ от Altera, нужный кусок прилагаю:

MaxII - 5V.pdf

Особо высоких частот не предполагаю. Думаю, 10 МГц - максимально...

Думаю, что даже в несколько раз более высоких частотах проблем быть не должно