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Spartan Edge Accelerator Board

Spartan Edge Accelerator Board

目標使用者

  • 教授
  • DIY 工程師
  • 創客
  • FPGA 開發人員
  • 學生

Spartan Edge Accelerator Board (簡稱 SEA Board) 是一款輕量級 FPGA 開發板，採用 Xilinx Spartan-7 晶片，遵循 Arduino 擴充板的尺寸。因此，您可以將其當作 Arduino 擴充板來驅動 LCD 和攝影機，或當作獨立的 FPGA 開發板使用。此外，得力於板載 ESP32 晶片，此 SEA 板還能讓您的 Arduino 具有 WiFi 和藍牙功能。

Spartan-7 是 Xilinx FPGA 系列中最新、最具成本效益的 FPGA 晶片，提供同級最佳的每瓦效能。更重要的是，我們為 Arduino 提供了完整的 FPGA API，這表示 Arduino 使用者可以在完全不熟悉 FPGA 的情況下，使用 FPGA 功能。此板件能在許多方面擴展 Arduino 的功能，例如簡單的影像處理和電腦視覺應用、訊號加密和解密，以及訊號取樣和處理。

  • 特點
  • 規格及板件周邊裝置
  • 入門及公版設計

特點

  • 整合式 mipi、mini HDMI 介面
  • 支援 Raspberry Pi 攝影機 v1.0 (OV5640)
  • 30fps 影像傳輸的最大支援
  • ESP32 的 IoT WiFi 和藍牙
  • 支援 AWS、Azure 等雲端服務
  • 支援軟體加密演算法
  • 20 個使用者定義的擴充 I/O 連接埠 (獨立模式)
  • 10 個使用者定義的擴充 I/O 連接埠 (Arduino 擴充板模式)
  • 適用於 Arduino 的完整 FPGA API
  • 8 位元 ADC 和 DAC
  • 6 軸加速計和陀螺儀
  • 2 個使用者 RGB LED 和按鈕
  • Arduino 擴充板模式
  • FPGA 獨立模式

應用

  • MIPI 攝影機輸入和 HDMI 輸出 Vivado 工程
  • 板載 LED、DIP 開關、ADC 和 DAC 參考用例
  • 板載陀螺儀用例
  • 為 Arduino 提供 GPIO/UART/ADC/DAC/RGB-LED 擴充
  • 訊號產生器用例 (需要 Arduino 設定)
  • ESP32 控制的訊號產生器用例
  • 使用 AWS GreenGrass IoT 平台用例
  • 顏色辨識和物體追蹤用例
  • 圖形辨識用例 (三角形、圓形、方形辨識)
  • 數位字元辨識用例
  • AES 加密解密演算法在 FPGA 中的實現
  • PID 演算法在 FPGA 中的實現
 
Seeed 的 Spartan Edge Accelerator Board 圖片

Spartan Edge Accelerator Board

DigiKey 零件編號：1597-102030005-ND

ESP32、XC7S15 FPGA 嵌入式 Arduino 平台評估擴充板

 

FPGA 規格

注意

SEA 擴充板的 IO 電壓是 5 V，而 FPGA 的 IO 電壓是 3.3 V，所以我們做了一個分壓器，讓 IO 電壓相容。SAM D21 系列的 3.3 V IO 電壓分壓後會低於 3.3 V，不足以驅動 FPGA 的 IO。因此，目前 SEA 開發板僅支援 5 V IO Arduino 板，如 Arduino UNO 和 Seeeduino V4.2。

FPGA 晶片 Spartan-7 XC7S15 邏輯單元 12,800
Slic 2000 CLB Flip-Flop 16,0000
最大分散式 RAM (Kb) 150 支援 ECC 的區塊 RAM/FIFO (每個 36 kb) 10
總區塊 RAM (Kb) 360 時脈管理塊 (1 MMCM + 1 PLL) 2
DSP 分割 20 無線晶片 Espressif ESP32-D0WDQ6
WiFi 802.11 b/g/n 2.4GHz 藍牙 Bluetooth 4.1 BLE
視訊 Mini HDMI x 1 攝影機 CSI/MIPI 介面 x1 (相容於 Raspberry Pi Camera V1 - OV5640)
SD 卡 Micro SD/TF 卡插槽 x1 FPGA GPIO 10 引腳排針座 (IO9~IO0)
Arduino GPIO 32 引腳排針座 (Arduino 尺寸) Grove Grove 連接器 x2 (I2C/D2)
LED 單色 LED x2 按鈕 啟動 x1
重置 x1
RGB LED x2 FPGA 重置 x1
使用者 x2
開關 電源模式開關 x1 工作電壓 5V
5 通道 DIP 開關 x1
IO 電壓 5V 電源模式 USB Type C 5V
VIN 8~17V
Arduino Micro USB 5V
ADC 8 位元 ADC1173 加速計和陀螺儀 6 軸 LSM6DS3TR
 

SEA 板周邊裝置說明和位置

1 FPGA : XC7S15-1FTGB196C 11 DIP 開關 19 FPGA JTAG 下載介面
2 WiFi/Bluetooth : ESP32-D0WDQ6 K1-K4 使用者開關 20 Grove 連接器：1x I2C；1x D2&D3
K5 切換 FPGA 編程模式
3 6 軸加速計和陀螺儀：LSM6DS3TR ->>>> JTAG : 使用 Xilinx 官方編程工具 21 陶瓷晶片天線
->>>> 從屬：使用 ESP32 對 FPGA 進行編程
4 DAC : DAC7311IDCKR 12 ESP32 按鈕：啟動和 RST 22 ADC : ADC1173
5 降壓 DCDC : TPS62130 13 FPGA 按鈕：USER1 USER2 FPGA_RST 23 SPI 快閃記憶體：W25Q32JVZPIG
6 USB 轉 UART : CP2102-GMR 14 使用者 LED：L1/L2/RGB1/RGB2 24 類比開關：DG2788A
PWR : 開機
FPGA_DONE : 使用 esp32 對 FPGA 進行編程後會發亮
7 USB：Type-C 15 電源開關： 25 LDO : XC6221B102MR
USB->由 USB Type C (5V DC) 供電
5V->由 VIN 引腳供電 (8~17V DC)
8 Mini HDMI 16 電源模式： 26 LDO : RT9013-18GB
OFF->隔離 Arduino 和擴充板的電源
ON->連接 Arduino 和擴充板的電源
9 CSI 介面：MIPI Camera (相容於 Raspberry Pi Camera V1 - OV5640) 17 DAC 輸出和 ADC 輸入排針座 27 LDO : CJ1117-3V3
10 Arduino 排針座：與 Arduino UNO 相容 18 FPGA IO : IO9~IO0 28 SD 卡槽：Micro SD/TF 卡
Seeed Spartan Edge Accelerator Board 頂視
Seeed Spartan Edge Accelerator Board 底視
Spartan Edge Accelerator Board 及 SEA BoardSpartan Edge Accelerator Board
 

以下文件將引導您完成使用 Xilinx 的 Vivado 2019.2 軟體在 SEA 板上打造 FPGA 設計的過程。

Spartan Edge Accelerate Board 開發手冊 - FPGA 部分

Spartan Edge Accelerate Board 開發手冊 - 實驗部分

Spartan Edge Accelerate Board 開發手冊 - ESP32 部分

 

唐永明研究員；SID、IEEE、CVS (China Vacuum Society) 會員，東南大學教師教學發展中心主任。多年從事電子科學與技術課程教學，主編《Building Your Digital Building Blocks》教材一本，翻譯教材一本。創辦並組織東南大學 PLD 設計大賽和全國大學生 FPGA 創新設計大賽。曾獲國家級教學成果二等獎、江蘇省教學特等獎、一等獎、二等獎。

狄志雄博士，西南交通大學信息科學與技術學院電子工程系副院長。2014 年畢業於西安電子科技大學微電子學、固態電子學專業。研究方向為高效能影像壓縮 VLSI 硬體系統設計與數位積體電路佈局演算法，以及 FPGA 智慧型硬體設計。發表 SCI/EI 論文多篇，授權中國發明專利十餘項。擔任 2020 年 CCF-DAC 大會分論壇主席。曾擔任中國研究生電子設計大賽、中國研究生創新「核心」大賽、全國大學生 FPGA 創新設計大賽等學科總決賽評委。