由 技术编辑 于 星期三, 01/23/2013 - 16:53 发表
Atlys FPGA开发板是Digilent公司推出的基于Xilinx Spartan 6 LX45 的数字电路开发平台。Digilent公司是一家在FPGA、微处理技术领域具备顶尖设计、制造水平的公司。
Spartan6系列FPGA有很多型号，因此基于它为核心的开发板种类也很多，Digilent就有两款基于Spartan6系列FPGA开发板：Atlys和Nexys3。一般来说Nexys3主要针对初学者的入门开发平台，那Atlys有什么优点呢？首先Atlys采用了容量更大的Spartan6 XCSLX45芯片，资源更多，XCSLX45是ISE免费版本WebPACK支持的容量第二位的Spartan6系列 FPGA，性价比也很适合；其次Atlys配备了各种高端接口包括千兆以太网、HDMI视频输入输出、128MByte DDR2存储阵列、AC97 Codec及USB接口，对于FPGA高级设计和应用是一个不错的选择。
Spartan6系列是Xilinx公司目前主推的低成本、低功耗和高性能相结合的FPGA产品，采用可靠的低功耗45nm 9层金属布线双层氧化工艺技术，最大密度能达到15万个逻辑单元。Spartan6 系列的高性价比特别适合于以消费类为导向的DSP设计以及对成本敏感的嵌入式应用，如在汽车娱乐电子，液晶显示和视频监视解析等方面。
Atlys采用的FPGA主芯片是Spartan6 XC6SLX45，逻辑单元（Logic Cell）高达43661个。
| 芯片资源 | XC6SLX45 | | LCs | 43661 | | CLB Slices | 6822 | | DSP48A1 | 58 | | Block RAM | 2088Kb | | CMT（时钟管理单元） | 4 | | MCB（存储管理单元） | 2 | | I/O Bank | 4 | | 最大用户I/O | 358 |
Atlys包括一块开发板、一根micro USB下载线以及5V 4A的电源适配器。
Atlys完全支持Xilinx CAD工具，包括ChipScope, EDK以及免费的WebPack版本。同时Atlys支持两种下载编程方式：JTAG和USB。Digilent的Adept软件支持通过USB实现通信和下载程序，非常快捷方便。特别是Atlys还支持Xilinx 下载工具iMPACT，可以节省成本，不用额外配置一根上千元的官方下载电缆。
Atlys的主要参数：
- ——Xilinx Spartan-6 XCSLX45 CSG324 FPGA
- ——128MByte DDR2 16位宽数据存储
- ——10/100/1000以太网口及RS-232串口
- ——板载USB2接口，用以编程下载及数据传输
- ——USB-UART及USB-HID接口（用于连接键盘/鼠标）
- ——两个HDMI视频输入端口及两个HDMI输出端口
- ——AC-97编码器，带有线性输入、线性输出、话筒及耳机端口
- ——实时监测各电源轨上的电流功率
- ——16MByte x4 SPI Flash用以配置FPGA及数据存储
- ——板载时钟 100MHz CMOS晶振
- ——48个可扩展I/O接口（一个VHDC接口、一个PMOD接口）
- ——GPIO包括8个LED，6个按键以及8个拨码开关
下面我们来看看Atlys硬件的一些详细细节。
详细介绍
 
1。主芯片Spartan6 XC6SLX45 CSG324
Atlys采用的FPGA芯片为XC6SLX45 CSG324，采用了Chip Scale封装（CSP），尺寸为15mm X 15mm，与Nexys3上所用XC6SLX15大小一样。这是LX45的最小一款封装，最大用户I/O只有218个，即只可用109对差分信号。下图可以看到Atlys上的FPGA芯片速度等级为“3C”，这是Spartan-6 LX系列器件的最高等级，DDR2控制器速度达到800Mb/s。
芯片运行速度可达500MHz以上，考虑到应用复杂，Atlys开发板在FPGA芯片上装了一个散热快，实测发热量蛮大。
2。FPGA配置
每次断电之后，FPGA的程序是不能保存的，所以上电之后必须重新配置FPGA的程序。Atlys的FPGA配置有三种方法：
- JTAG接口：FPGA的JTAG接口连接到两个地方，一个是JTAG插座，一个是USB转JTAG口。我们可以通过USB线或者JTAG电缆从PC机下载程序到FPGA，直接下载程序一般格式为.bit或者.svf文件。当然也可以烧录程序到FLASH ROM。
- SPI FLASH：当跳线JP11断开时，上电后FPGA首先从SPI接口FLASH ROM中下载程序。烧录到FLASH ROM中的程序格式一般为.bit、.bin或者.mcs文件。
- USB存储器：当跳线JP11短接时，上电后FPGA首先从USB HID口的USB存储器下载程序，该存储器通过2线串行接口与FPGA相连。在USB存储器中程序格式为.bit文件。
3。电源
5V输入：Atlys上外部输入电源只有一个唯一的电源的输入插座J11，标准的内径2.1mm插座。考虑到Atlys上的应用的可能耗电比较大，没有再接入USB供电。
负载开关：Atlys使用了一个Fairchild公司的负载开关FDC6330L，当电源开关开启时提供5V电压，最大电流2.3A。该5V电压主要为HDMI接口、Audio、USB主控制口以及扩展接口VHDC提供电源。
DC/DC：Atlys上的电源管理芯片都是采用了Linear公司的DC/DC稳压器，为开发版提供各种工作电压包括3.3V、2.5V、1.8V、1.2V以及0.9V。
- 3.3V、1.8V：LT3501，双通道降压型DC/DC转换器，产生3.3V工作电压和1.8V DDR工作电压。
- 2.5V、1.2V：LTC3546，双通道同步降压型DC/DC转换器，产生2.5V电压（用于以太网PHYIO、GPIO以及扩展VHDC等）和1.2V 核电压（FPGA、以太网PHY）
- 0.9V：LTC3413，单路同步降压型DC/DC转换器，产生0.9V DDR终端电压。
电流检测：Atlys提供了一个很有趣和实用的功能，利用Linear公司的I2C接口16位数模转换器LTC2481来检测电流值。一共使用了4片芯片来监测3.3V、2.5V、1.8V和1.2V电压通道上的电流，通过I2C接口能够在PC机上读取数据值，实时直观显示。通过这个我们能估算开发板的功耗以及掌握各个应用的功耗，很有参考价值。
4。FLASH
Atlys上的配置FLASH与FPGA是通过四线SPI接口相连，相比单线SPI接口速度更快。
Atlys上的FLASH ROM采用了Micron公司的串行NOR FLASH N25Q128A13ESF40，容量为128Mbit。一般FPGA配置文件不超过12Mbit，FLASH的其他空间还可以用来作数据存储。
5。DDR2 SDRAM
Atlys上的DDR2 SDRAM采用了Micron公司的MT47H64M16HR-25E（或者兼容器件，如尔必达EDE1116AJBG），容量为64Mx16Bit。其时钟为400MHz，数据读取速率支持DDR2-800，因为位宽为16为，最高性能为12.8Gbps。
6。千兆以太网口
Atlys上使用了Marvell公司的千兆以太网（GbE）PHY收发器88E1111，支持GMII接口（千兆与介质无关接口）。GMII接口支持三种速度模式10/100/1000 Mbit 。88E1111的详细数据手册需要Marvell的授权，有需要的可以直接向Marvell咨询。
Xilinx的设计工具中提供了一个三速以太网MAC IP核，在Digilent的BSB支持文件里会自动生成一个千兆以太网MAC的参考应用，不过IP核不是免费的，需要License。所以要使用上Atlys上的千兆以太网接口不是很容易的。
RJ-45接口使用的是HALO公司的连接器HJF11-1G01E。RJ45连接器上没有LED指示，在接口边有六个LED（8-13）用来指示以太网速度和数据传输方向。
7。HDMI接口
Atlys还有一个特点是它的视频输出不再支持VGA信号，而是采用了HDMI（高清多媒体接口）。总共有4路HDMI接口。
其中2路带驱动输入接口、1路带驱动的输出接口以及不带驱动的接口（通常用作输出）。3个带驱动的HDMI接口都是采用HDMI A型接口，另一路则采用了HDMI D型接口，都是19pin信号，尺寸不一样。
 HDMI A型
HDMI D型
HDMI驱动芯片采用了TI公司的HDMI中继器TMDS141RHAR，最高支持1080p高清视频。
8。AC97 编码器
Atlys上的AC97音频编码器采用TI的LM4550VH，这款解码芯片有些过时，目前已经停产，只支持AC97 2.1规范。
 
不过对于一个开发板用于研究学习Audio的开发还是足够了，Digilent的官网提供了AC97参考设计。
9。板载100MHz时钟
和Nexys3上一样，Atlys也采用了100Mhz板载晶振。通过FPGA的2个时钟管理单元和4个PLL产生各种频率时钟。
10。USB PROG
USB的编程下载接口采用了Micro USB接口。
USB控制芯片采用了常用的Cypress CY7C68013A USB控制器，支持高速USB2.0。CY7C68013A与FPGA的JTAG接口和FIFO相连，通过USB口可以实现下载程序和数据传输。同时I2C接口与电流检测LTC2481相连，因此通过USB也能获得开发板的功耗。可惜CY7C68013A的固件并没有开放。
CY7C68013A还配备了Microchip公司的128Kb EEPROM 24AA128，通过跳线JP9控制EEPROM（默认EEPROM没有连接）。
11。USB-UART
Atlys上还有一个Micro USB接口J17，作为USB-UART接口。USB接口边都有丝印，防止接错了。
采用了EXAR公司的USB-UART芯片XR21V1410IL16，支持全速USB2.0。在Nexys3上也有一个USB-UART芯片，采用的是FTDI FT232RQ，不过XR21V1410的尺寸更小，而且价格也便宜些。
12。USB HID
与Nexys3一样在Atlys上也有一个USB A型主控制口J13，其USB控制芯片也是采用Microchip公司的PIC24FJ192GB106。
主要作为USB HID主控制器连接鼠标或者键盘，同时与FPGA通过2线串行通讯，所以可以外接USB存储器作为FPGA配置下载程序。
13。GPIO外设
作为一个开发板Atlys上也包含一些常用的基本外设如拨码开关、按键和用户LED，用来做GPIO的控制学习。Atlys上的FPGA用户I/O资源并不多，其GPIO外设主要有8路开关、8路LED和6路按键。
14。扩展连接器PMOD
受限于FPGA的I/O资源，Atlys的扩展连接器相对来说显得较少，其上只有1个Pmod接口，2x6 12脚插座。
而且Pmod插座的信号是与D型HDMI接口信号共用的。
15。扩展连接器VHDC
Atlys上还有一个68-pin的高速扩展连接器VHDC，支持SCSI-3总线传输协议，信号传输速率能达到几百兆。VHDCI包括40个数据信号，8个电源信号和20个地信号。数据信号组成20个阻抗控制信号对。
FPGA所有与VHDCI信号连接的管脚都处于I/O bank2。跳线（JP12）能选择I/O bank2的供电为3.3V或者2.5V。
16.软件工具
Digilent提供了一个独特强大的调试工具Adept。可以配置Xilinx逻辑器件，初始化扫描链，对FPGA，FLASH进行编程，还具有开发板的自检校验功能和I/O扩展功能。可以在Digilent官网免费下载。
Atlys完全兼容所有的赛灵思工具，包括免费的WebPack，Chipscope，EDK（嵌入式处理器设计套件），以及其他工具。
小结
Atlys FPGA开发板为用户提供了一个完整易用的数字开发平台，尤其是针对FPGA的高端应用。Atlys不仅提供了一些基本的IO控制外设和扩展插座，而且配置了诸如DDR2 SDRAM、千兆以太网和多路HDMI接口等比较复杂的应用接口。在下一篇中将介绍Atlys的测试和一些简单应用。
Digilent的开发板不附带数据光盘，所有的资料需要到网上下载，官网能免费下载到手册、电路图以及例程。相对来说FPGA的例程比较少，Atlys的学习和应用是要花一些时间的。
可以直接在官网订购Atlys，价格为4280元。也可以和Digilent公司联系申请学术价格，只需要2980元，这个价格还是性价比很高的。
来源：爱板网
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