CPLD/FPGA-Programmierung mit E-blocks

Wozu die CPLD/FPGA-Programmierung untersuchen?

Zusammenhang zur modernen Digitalen Elektronik

Verschwinden der 74xxx Bausteine Komplexe Schaltkreise mit

Leichtigkeit Eine Schlüsselqualifikation, die von

der Industrie gewünscht wird – teilweises ‘System on Chip’-Design

Einige Definitionen

CPLD: Complex Programmable Logic Device (Bausteine mit komplexer, programmierbarer Logik)

FPGA: Field Programmable Gate Array(Durch Anwender programmierbarer Universalschaltkreis)

Beide erreichen Vergleichbares mit verschiedenen Techniken ... später mehr

Was können solche Bausteine ? Es sind mehrfach programmierbare

Logikbausteine Entwickler entwerfen mittels

Software den gewünschten digitalen Schaltkreis und programmieren den Chip so, dass er die benötigten Funktionen ausführt

Sie sind sehr schnell – deutlich schneller als ein Mikrocontroller

Ein moderner CPLD Das Äquivalent von 13

22V10s auf einem Chip

128 Flipflops oder Logikelementen

Elektrisch neu zu programmieren

Kann in verschiedenen Sprachen programmiert werden

10 € (Durchschnittspreis)

Moderne Architektur eines CPLD

2 t o 16

2 t o 16I / O cont r ol b lock

M acr ocells 1 t o 16

16

LA B A

36

2 t o 16

2 t o 16I / O cont r ol b lock

M acr ocells 33 t o 4 8

16

LA B C36

M acr ocells17 t o 3 2

LA B B

M acr ocells 49 t o 6 4

LA B D

2 t o 16

2 t o 16I / O

cont r ol b lock

2 t o 16

2 t o 16I / O

cont r ol b lock

2 t o 16

2 t o 16

2 t o 16

2 t o 16

2 t o 16

2 t o 16 I / O

2 t o 16 I / O

2 t o 16 I / O

2 t o 16 I / O

16

36

16

36

I N PU T / G CL K 1

I N PU T / O E 2 / G CL K 2

I N PU T / O E 1

I N PU T / G CL R n

6 or 10 output enables

6

6

6

6

6 or 10 output enables

PI A

Nicht sonderlich wichtig aus Sicht des Anwenders – die Software kümmert sich darum

Ein FPGA Das Äquivalent von 400

22V10s auf einem Chip 4000 Flipflops (es gibt

auch welche mit 250.000) Elektrisch neu

programmierbar Kann in verschiedenen

Sprachen programmiert werden

15 € (Preise fallen) Nur in unpraktischen

SMD-Bauformen erhältlich

Unterschiede zwischen CPLDs und FPGAs

Alle SMDEinige mit SockelBauformen

Nein – wird nach dem Einschalten geladen

JaProgrammspeicherung

Ab 15 €Ab 10 €Kosten

3,3V extern, 1,5V intern

5VBetriebsspannung

Bis zu 250.000Bis zu 500Logikelemente

FPGACPLD

Nachteile CPLDs und FPGAs gibt es in SMD-

Bauformen, mit denen man schlecht arbeiten kann

Für die meisten Projekte kann auch ein Mikrocontroller verwendet werden

Mit E-blocks lassen sich leicht Systeme aufbauen, die mit Mikrocontrollern und CPLDs/FPGAs arbeiten – man muss sie nur zusammen stecken

FPGAs arbeiten mit 3,3V

Wie programmiert man CPLD/FPGAs?

Mit konventionellen Logiksymbolen und Schaltkreisen

Beschreibungssprachen (descriptor languages)

Verilog (gebräuchlich in Nordamerika)

VHDL (gebräuchlich in Europa)

Konventionelle Symbole und Schaltkreise

Entwurf eines tradi-tionellen Schaltbildes

Compilation Programmierung des

Bauteils

Beschreibungssprachen

Ein sehr effizienter Weg, das Verhalten von Logik zu beschrei-ben

Ein wenig wie C Die meisten

Institute wechseln zu einer Beschreibungssprache

Technik programmierbarer Logik

Enthält die Design-Software Quartus

Einen Kurs in VHDL (Europa)

Einen Kurs in Verilog (Amerika)

Momentan kostenfrei für CPLD-Lösungen

System auf einem Chip Die FPGA-Technik erlaubt es,

auf einem einzigen Chip einen Prozessor, ROM, RAM, DSP und andere Blöcke einzubinden

Dadurch lassen sich etliche Applika-tionen für IC-Bausteine ersetzen

Für Elektronikfirmen entstehen große Vorteile in Bezug auf Kosten, Zuverlässigkeit, Wiederverwendung intellektuellem Eigentums und Zeit bis zur Marktreife

Eine Besonderheit am Rande

Die Herausforderungen und Techniken bei der Programmierung von CPLDs sind die gleichen wie bei der Program-mierung von FPGAs

Können Sie CPLDs programmieren, so gelingt Ihnen das auch mit FPGAs

Ein besonderer Vorteil des E-blocks-Systems

Die CPLD- und FPGA-Boards von E-blocks sind fertig

Das FPGA-Board passt oben auf das CPLD-Board (der CPLD-Chip wird entfernt)

Der Upgrade-Vorgang ist leicht

Teil 3 – Die E-blocks-Lösungen

Die CPLD-Lösung

Ein CPLD-Program-mierer und einige E-blocks

Zusätzlich ein kostengünstiges PIC-Board, damit Sie CPLD in Verbindung mit einem Mikroprozessor einsetzen können

Die FPGA-Lösung Enhält einen CPLD- und

einen FPGA-Program-mierer …

… und E-blocks-Boards, die das Kit für den Einsatz mit dem Embedded-Mikro-prozessor IP von NIOS erweitern

Einsetzbar für System On Chip

Die CPLD-Softwarelösung

Ein CD-ROM-Lehrgang mit Kursen in VHDL- und Verilog-Program-mierung

Die CD-ROM liegt jeder Lösung bei

Benutzt die Webedition der freien Software Quartus II von Altera, die bei Altera registriert werden muss

Demonstration