CC BY
23MERCURYCODE НА БАЗЕ CYCLONE III Яндайкина Е.А.
Яндайкина Елена Анатольевна - студент, Институт микроприборов и систем управления Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»,
г. Москва
Аннотация: в статье рассмотрена макетная плата MercuryCode, разработанная лидером среди дистрибьюторов полупроводниковых компонентов, EBV Elektronik, в которой основной элемент FPGA типа Cyclone III EP3C40 компании Altera с удвоенными логическими элементами, по сравнению с предыдущей версией Cyclone III EP3C20, для конструкций со значительно повышенной сложностью, но поставляется на рынок по разумной цене. Плата поддерживает несколько интерфейсов, что делает ее пригодной для создания прототипов широкого спектра промышленных приложений. Ключевые слова: MercuryCode, FPGA, Cyclone III EP3C40, промышленные приложения.
Введение
С приходом следующего поколения FPGA компании EBV Elektronik и Altera совместно вывели на рынок новую платформу MercuryCode — основным элементом платы является интегральная схема FPGA EP3C40 — входит в состав новейшего семейства Cyclone III компании Altera и имеет 40 000 логических элементов.
Компания EBV Elektronik реализовала на базе FPGA программный процессор Nios, работающий с внешней памятью. Кроме того, EBV встроила в плату различные промышленные драйверы для сопряжения FPGA с внешними устройствами и собрала пакет драйверов и программного обеспечения.
Рис. 1. MercuryCode на базе Cyclone III
Рис. 2. Представление схемы FPGA EP3C40
Долгосрочная доступность
Поскольку поставки FPGA от компании Altera возможны в течение 10 лет, компания EBV Elektronik выполняет требование долгосрочной доступности. Это справедливо также и в отношении микропроцессора, так как он реализован на базе FPGA в виде программного ядра.
Все элементы, для которых необходимы специальные драйверы (Ethernet, CAN, специальные УЛИЦ), реализованы в FPGA. Как следствие, драйверы доступны в форме VHDL-кода, и для них не существует такого понятия, как «снятие с производства». Даже если через десять лет будет снята с производства используемая ИС FPGA, VHDL-код можно будет перенести на платформу следующего поколения. Таким образом, нужно будет переработать только аппаратное обеспечение, а особенно трудоемкое в разработке программное обеспечение можно будет использовать в том виде, в каком оно есть.
Прямое управление сенсорными TFT экранами
Плата MercuryCode обеспечивает возможность реализованного в FPGA управления графическими TFT-панелями, подключаемыми по LVDS разрешения XGA. Одновременно может отображаться 256 цветов из палитры, содержащей 218 цветов. Таким образом, можно добиться точной цветопередачи корпоративных цветов в логотипе компании, обеспечив соответствие требованиям корпоративного стиля без дополнительных расходов. Ограничение в 256 цветов обусловлено тем, что видеопамять сделана 16-разрядной. Л 256 цветов - хороший компромисс, так как задача состоит в отображении графики, а не фотографий.
Благодаря контроллеру сенсорной панели TSC2200 компании Texas Instruments, который также встроен в плату, разработчики могут воспользоваться преимуществами сенсорного дисплея.
Для реализации интерактивного человеко-машинного интерфейса компания EBV Elektronik предоставляет прямую поддержку и адаптированный комплект разработчика с сенсорным экраном, а также подходящий инвертор и графическую библиотеку компании Segger. Это позволяет разработчикам создавать графическое меню, из которого можно выбирать отдельные элементы для отображения на сенсорном экране.
Благодаря вкладу компании EBV Elektronik, сокращается время выхода разработки на рынок: за счет повторного использования наработок, пользователи экономят месяцы разработки. Одновременно снижается риск, связанный с проектированием, разработчики
уже на ранней стадии могут убедиться, что их аппаратное обеспечение действует надлежащим образом.
Временная синхронизация
Плата MercuryCode сопряжена с интерфейсом Ethernet на физическом уровне посредством ИС DP83640 компании National Semiconductor, установленных на плате и оборудованных встроенным модулем временных меток IEEE 1588. Это означает, что системы, расположенные в разных уголках мира, можно синхронизировать друг с другом с погрешностью менее чем 100 нс. Распределенный тактовый генератор работает синхронно с величиной джиттера менее 100 нс.
Для этой цели необходимо снабдить сигнал временной меткой на физическом уровне непосредственно после его приема, чтобы рассчитать время распространения сигнала в сети. Затем на основании этих данных можно точно синхронизировать внутренний цикл работы. При использовании MercuryCode добавление временной метки производится на физическом уровне с помощью новых ИС компании National Semiconductor, так что джиттер и задержка оказываются гораздо меньше.
Богатый набор периферийных интерфейсов
Компания EBV Elektronik использует многое из набора интерфейсов ввода/вывода FPGA компании Altera в плате MercuryCode. Например, не считая интерфейса TFT-LVDS, имеется два проприетарных высокоскоростных LVDS-интерфейса, которые позволяют объединять несколько плат в кластер, если разработчики желают создать распределенную систему. EBV Elektronik также предоставляет необходимые драйверы для всех интерфейсов, что тоже сокращает сроки разработки конечного продукта.
Плата MercuryCode имеет интерфейсы RS485 и CAN, это обеспечивает возможность подключения по протоколу CANopen в промышленном окружении. Интерфейсы RS485 используются в модулях управления электродвигателями. С помощью интерфейса RS485 можно подключать и другие системы полевых шин, например Interbus-S и Profibus.
Интерфейс Ethernet с двойным физическим уровнем подходит для полевых шин на базе Ethernet. Скорость передачи данных 10/100 Мбит/с обеспечивает полосу пропускания, которая в настоящее время используется в системах полевых шин реального времени на базе Ethernet.
Компания EBV Elektronik независима, ее партнеры не возражают против переноса полевых шин на плату MercuryCode. Для конечного потребителя есть еще одно преимущество: если ему понадобится сменить систему полевых шин, он сможет это сделать на базе имеющегося аппаратного обеспечения. Это также влечет выгоды в плане сбыта и маркетинга продукции.
Возможен непосредственный обмен данными в среде микропрограммного управления (SPS, PLC) по шинам ввода/вывода на напряжение 24 В, а также прямое управление исполнительными устройствами.
К имеющемуся на плате интерфейсу USB можно подключать карты памяти и устанавливать каналы связи с ПК.
Плата содержит светодиоды и 7-сегментный индикатор для сообщения о статусе и т. д. В комплект также входят кнопки и разъем JTAG для конфигурации и программирования платы.
Заключение
Компания EBV занимает ведущие позиции на рынке с уже имеющимися платформами и разработка этих плат и комплектов продолжается. Референсные платформы EBV не являются изолированными решениями — это системы, задуманные в рамках некоторой концепции. Как следствие, плата MercuryCode, например, хорошо подходит для сопряжения с полевыми шинами и управления электродвигателями в приводах.
На главном разъеме платы имеется 32 контакта прямого ввода/вывода с FPGA на напряжение 3,3 В, чтобы разработчики могли реализовывать интерфейсы, которые им необходимы — SPI, I2C и т. д.
Существует множества вариантов применения, возможных благодаря исключительной универсальности образцовых плат компании EBV Elektronik.
Список литературы
1. Угрюмое Е.П. Цифровая схемотехника: Учеб. пособие для вузов. СПб.: БХВ-Петербург, 2007.
2. Стешенко В.Б. ПЛИС фирмы ALTERA: элементная база, система проектирования и языки описания аппаратуры. М. Додэка-XXI, 2007.
