cpld/fpga-programmierung mit e-blocks. wozu die cpld/fpga-programmierung untersuchen? zusammenhang...
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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