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Spartan 에지 가속 기판

Spartan 에지 가속 기판

대상 사용자

  • 교수
  • DIY 엔지니어
  • 제작가
  • FPGA 개발자
  • 학생

Spartan 에지 가속 기판(SEA 기판)은 Xilinx Spartan-7 칩 기반 경량 FPGA 개발 기판으로 Arduino 차폐 폼 팩터를 따릅니다. 따라서 LCD 및 카메라를 구동하기 위한 Arduino 차폐 또는 독립형 FPGA 개발 기판으로 사용할 수 있습니다. 또한 온보드 ESP32 칩을 통해 SEA 기판은 WiFi 및 Bluetooth 기능을 사용하여 Arduino를 활성화합니다.

Spartan-7은 Xilinx의 FPGA 제품군 중 가장 비용 효율적인 최신 FPGA 칩으로 동급 최고의 와트당 성능을 제공합니다. 또한 Arduino용 전체 FPGA API를 제공하므로 Arduino 사용자는 FPGA에 대한 경험 없이도 FPGA 기능을 사용할 수 있습니다. 이 기판은 간단한 이미지 처리 및 컴퓨터 비전 애플리케이션, 신호 암호화 및 암호 해독, 신호 샘플링 및 처리와 같은 다양한 방식으로 Arduino의 기능을 확장합니다.

  • 특징
  • 사양 및 기판 주변기기
  • 시작하기 및 참조 설계

특징

  • 통합 mipi, 미니 HDMI 인터페이스
  • Raspberry Pi 카메라 v1.0(OV5640) 지원
  • 30fps 이미지 전송에 대한 최대 지원
  • IoT WiFi 및 Bluetooth(ESP32 포함)
  • AWS, Azure 및 기타 클라우드 서비스 지원
  • 소프트웨어 암호화 알고리즘 지원
  • 20개의 사용자 정의 확장 I/O 포트(독립형 모드)
  • 10개의 사용자 정의 확장 I/O 포트(Arduino 차폐 모드)
  • Arduino용 전체 FPGA API
  • 8비트 ADC 및 DAC
  • 6축 가속도계 및 자이로스코프
  • 2개의 사용자 RGB LED 및 버튼
  • Arduino 차폐 모드
  • FPGA 독립형 모드

응용 분야

  • MIPI 카메라 입력 및 HDMI 출력 Vivado 엔지니어링
  • 온보드 LED, DIP 스위치, ADC 및 DAC 참조
  • 온보드 자이로스코프
  • Arduino용 GPIO/UART/ADC/DAC/RGB-LED 확장 제공
  • 신호 발생기(Arduino 구성 필요)
  • ESP32 제어 신호 발생기
  • AWS GreenGrass IoT 플랫폼 사용
  • 색상 인식 및 물체 추적
  • 그래픽 인식(삼각형, 원형, 사각형 인식)
  • 디지털 문자 인식
  • FPGA에서 AES 암호화 및 암호 해독 알고리즘 구현
  • FPGA에서 PID 알고리즘 구현
 
Seeed의 Spartan 에지 가속 기판 이미지

Spartan 에지 가속 기판

DigiKey 부품 번호:1597-102030005-ND

ESP32, XC7S15 FPGA 내장형 Arduino 플랫폼 평가 확장 기판

 

FPGA 사양

주의

SEA 차폐의 IO 전압은 5V, FPGA의 IO 전압은 3.3V이며 IO 전압이 호환되도록 분압기를 제작하였습니다. SAM D21 계열의 3.3V IO 전압은 분압 후 3.3V 미만이므로 FPGA의 IO를 구동하기에 충분하지 않습니다. 따라서 현재 SEA 개발 기판은 Arduino UNO 및 Seeeduino V4.2와 같은 5V IO Arduino 기판만 지원합니다.

FPGA 칩 Spartan-7 XC7S15 논리 셀 12,800
슬라이스 2000 CLB 플립 플롭 16,0000
최대 분산 RAM(Kb) 150 블록 RAM/FIFO w/ECC(각각 36kb) 10
총 블록 RAM(Kb) 360 클록 관리 타일(MMCM 1개 + PLL 1개) 2
DSP 슬라이스 20 무선 칩 Espressif ESP32-D0WDQ6
WiFi 802.11b/g/n 2.4GHz Bluetooth BLE 지원 블루투스 4.1
동영상 미니 HDMI x 1 카메라 CSI/MIPI 인터페이스 x1(Raspberry Pi 카메라 V1 - OV5640과 호환)
SD 카드 마이크로 SD/TF 카드 슬롯 1개 FPGA GPIO 10핀 헤더(IO9~IO0)
Arduino GPIO 32핀 헤더(Arduino 폼 팩터) Grove Grove 커넥터 2개(I2C/D2)
LED 모노크롬 LED x2 버튼 부팅 1개
리셋 1개
RGB LED 2개 FPGA 리셋 1개
사용자 2인
스위치 전원 모드 스위치 1개 작동 전압 5V
5채널 DIP 스위치 1개
IO 전압 5V 전원 모드 USB Type C 5V
VIN 8~17V
Arduino 마이크로 USB 5V
ADC 8비트 ADC1173 가속도계 및 자이로스코프 6축 LSM6DS3TR
 

SEA 기판 주변 장치 설명 및 위치

1 FPGA: XC7S15-1FTGB196C 11 딥 스위치 19 FPGA JTAG 다운로드 인터페이스
2 WiFi/Bluetooth: ESP32-D0WDQ6 K1-K4 사용자 스위치 20 Grove 커넥터: 1x I2C; 1x D2&D3
K5 스위치 FPGA 프로그래밍 모드
3 6축 가속도계 및 자이로스코프: LSM6DS3TR ->>>> JTAG: Xilinx 공식 프로그래밍 도구 사용 21 세라믹 칩 안테나
->>>> 슬레이브:ESP32를 사용하여 FPGA 프로그래밍
4 DAC: DAC7311IDCKR 12 ESP32 버튼: 부팅 및 RST 22 ADC: ADC1173
5 벅-DCDC: TPS62130 13 FPGA 버튼: USER1 USER2 FPGA_RST 23 SPI 플래시: W25Q32JVZPIG
6 USB-UART: CP2102-GMR 14 사용자 LED: L1/L2/RGB1/RGB2 24 아날로그 스위치: DG2788A
PWR: 전원 켜기
FPGA_DONE: esp32로 FPGA를 프로그래밍한 후 켜집니다.
7 USB: Type-C 15 전원 스위치: 25 LDO: XC6221B102MR
USB->USB Type C(5V DC)로 전원 공급
5V->VIN 핀으로 전원 공급(8~17V DC)
8 미니 HDMI 16 전원 모드: 26 LDO: RT9013-18GB
OFF->Arduino 및 Shield의 전원 공급 장치 분리
ON-> Arduino와 Shield의 전원 연결
9 CSI 인터페이스: MIPI 카메라(Raspberry Pi 카메라 V1 - OV5640과 호환) 17 DAC 출력 및 ADC 입력 헤더 27 LDO: CJ1117-3V3
10 Arduino 헤더: Arduino UNO와 호환 가능 18 FPGA IO: IO9~IO0 28 SD 카드 슬롯: 마이크로 SD/TF 카드
Seeed Spartan 에지 가속 기판 상단뷰
Seeed Spartan 에지 가속 기판 하단뷰
Spartan 에지 가속 기판(SEA 기판 포함)Spartan 에지 가속 기판
 

다음 설명서에서는 Xilinx의 Vivado 2019.2 소프트웨어를 사용하여 SEA 기판에서 FPGA를 설계하는 공정을 안내합니다.

Spartan 에지 가속 기판 개발 설명서 - FPGA 부품

Spartan 에지 가속 기판 개발 설명서 - 실험 파트

Spartan 에지 가속 기판 개발 설명서 - ESP32 부품
 

Yongming Tang 연구원, SID, IEEE, CVS(중국 진공 학회) 회원, 둥난 대학(Southeast University) 교사 교육 개발 센터 소장 그는 수년 동안 전자 과학 및 기술 과정을 가르치는 일에 종사해 왔으며 "디지털 빌딩 블록 만들기" 교과서 한 권을 편집하고 교과서 한 권을 번역했습니다. 둥난 대학(Southeast University) PLD 디자인 대회와 전국 대학생 FPGA 혁신 디자인 대회를 조직했습니다. 또한 국가 교육 공로 부문에서 2등상, 장쑤성에서 주관하는 교사 특별상 1번회, 1등상 1회, 2등상을 각각 수상했습니다.

Zhixiong Di 박사, Southwest Jiaotong University 정보 과학 및 기술 학교 전자 공학과 부학장 2014년 Xidian University에서 마이크로 일렉트로닉스, 반도체 전자공학 전공으로 졸업했습니다. 그의 연구 과제는 고성능 이미지 압축 VLSI 하드웨어 시스템 설계 및 디지털 집적 회로 레이아웃 알고리즘, FPGA 지능형 하드웨어 설계입니다. 여러 SCI/EI 논문을 발표했으며 10개 이상의 중국 발명 특허를 승인했습니다. 2020 CCF-DAC 컨퍼런스 하위 포럼의 의장을 역임했습니다. 그는 China Postgraduate Electronic Design Competition, China Postgraduate Innovation "Core" Competition 및 National Undergraduate FPGA Innovation Design Competition과 같은 분야의 심사위원을 역임했습니다.