Jeśli chcesz rozpocząć przygodę z układami elektronicznymi FPGA, których strukturę stanowią programowalne bramki logiczne i przerzutniki, wówczas warto na początek rozejrzeć się za odpowiednim zestawem startowym. W skład takich zestawów zwykle wchodzą płytki rozwojowe wyposażone w procesor FPGA. Pośród najbardziej znanych producentów takich rozwiązań można wyróżnić firmę Xilinx, która jest niekwestionowanym prekursorem technologii FPGA, a także firmę Altera wywodzącą się ze struktur firmy Intel będącej pionierem w dziedzinie mikrokontrolerów i mikroprocesorów już w latach 70. XX wieku. W artykule przedstawiono, na jakie czynniki należy zwrócić uwagę, podczas rozważania zakupu zestawu FPGA do nauki i prototypowania.
Jak prawidłowo wybrać zestaw FPGA na dobry początek?
Większośc zestawów FPGA oferowanych na polskim rynku, na pierwszy rzut oka prezentuje się bardzo podobnie. Poza głównym procesorem zawierającym strukturę bramek, przerzutników i innych układów logicznych, płytki są wyposażone w dodatkowe układy peryferyjne, które w prosty sposób można skonfigurować tak, aby zaprogramowany układ mógł wykonywać szereg czynności zgodnych z założeniami projektowymi. Podczas nauki podstaw obsługi sprzętowo-programowej układów FPGA, możemy dowiedzieć się, w jaki sposób oprogramowanie współpracuje wraz ze strukturą układu, której pojedyncze bloki funkcjonują w identyczny sposób, jak większość scalonych układów cyfrowych w technologii TTL i CMOS.
Które zestawy FPGA dostępne na rynku są szczególnie warte uwagi?
Jedne z najlepszych zestawów do nauki obsługi układów FPGA produkuje firma Xilinx, która zapoczątkowała wprowadzenie pierwszych takich układów na rynek. Większość płytek rozwojowych FPGA została zaprojektowana z myślą o współpracy z układami peryferyjnymi, które pracują w zakresie częstotliwości rzędu dziesiątek i setek megaherców. Co więcej, możliwe jest dokonanie aktualizacji i dodawanie nowych układów zewnętrznych. Na standardowym wyposażeniu znajdziemy także złącze HDMI oraz złącze dla pamięci DDR RAM, czy też slot na karty micro SD i eMMC. Płytka powinna być także wyposażona w diody LED i przyciski, zwłaszcza że podobnie jak w platformach rozwojowych opierających się o mikrokontrolery AVR oraz mikroprocesory ARM, jednymi z pierwszych aplikacji, od których warto rozpocząć naukę prototypowania na podstawie FPGA, jest jedna z najprostszych – zaświecenie i wygaszenie diody LED za pomocą przycisku.
Jakie materiały instruktażowe powinien zawierać zestaw FPGA?
Aby można było korzystać z płytki rozwojowej FPGA, niezbędna jest znajomość jej dokumentacji technicznej zawierającej schemat głównego układu na płytce. Zadaniem producenta jest sporządzenie takiej dokumentacji i dołączenie jej do zestawu startowego. W skład zestawu powinna także wchodzić instrukcja opisująca specyfikację techniczną układów peryferyjnych znajdujących się na płytce rozwojowej. Ponadto producent powinien zadbać także o poradnik startowy dla osób początkujących, który w prosty sposób opisuje obsługę platformy FPGA oraz instrukcję obsługi zawierającą informacje nt. obsługi układów peryferyjnych. Zwykle wszystkie te wymienione elementy są zawarte w opisie każdego zestawu. Stosując się do tych kryteriów oraz pułapu cenowego, pole wyboru zostanie odpowiednio zawężone, dzięki czemu łatwiej będzie nam wybrać odpowiedni na początek zestaw FPGA ze znacznie zminimalizowanym ryzykiem wybrania czegoś zbyt drogiego i zbyt rozbudowanego, a tym samym zbyt trudnego w obsłudze.
Xilinx czy Altera?
Jednym z argumentów, który najbardziej przemawia za wyborem na pierwszy zestaw FPGA produktu firmy Xilinx, jest fakt, że to właśnie inżynierowie z tej firmy są rdzennymi projektantami tych układów, a dołączona dokumentacja jest szczegółowo opisana. Z kolei za zestawami od firmy Altera przemawia fakt, że ich producent wywodzi się od Intela będącego od kilkudziesięciu lat jednym ze światowych liderów w dziedzinie układów mikroprocesorowych, które wraz z układami logicznymi CMOS i TTL stanowią fundamenty pod konstrukcję układów FPGA. Niemniej jednak, podczas wybierania zestawu startowego od samego jego producenta ważniejsza jest zawartość zestawu. Należy zwrócić uwagę na cenę zestawu, dołączone akcesoria, a także jakie materiały w formie instrukcji i dokumentacji są dołączone do zestawu bądź dostępne na stronie internetowej producenta, a także czy jest dostępne wsparcie techniczne. Zarówno zestawy Xilinx, jak i Altera będą dobrym wyborem, ale to nie nazwa producenta ostatecznie powinna determinować, który zestaw lepiej wybrać.
Najlepsze zestawy startowe FPGA dostępne na rynku
Jeśli nie mamy jeszcze doświadczenia z programowaniem FPGA, na sam dobry start warto wybrać płytkę Elbert V2 Spartan 3A. Jest ona prosta w obsłudze, a jej sercem jest moduł Xilinx Spartan XC3S50A, który zawiera 1584 mikrocele i umożliwia podłączenie aż 108 urządzeń wejścia/wyjścia jednocześnie. Na płytce znajdziemy także sporo elementów zewnętrznych, na podstawie których możemy poznać najprostsze programy z udziałem pokładowych diod LED, przycisków czy wyświetlacza siedmiosegmentowego. Jeśli natomiast chcemy przystąpić do tworzenia projektów o wysokim stopniu rozbudowania, bardzo dobrym rozwiązaniem będzie użycie płytki Mimas A7 wyposażonej w układ Xilinx Artix 7 składający się z 52160 bloków mikrocel oraz dużej ilości układów peryferyjnych, takich jak pamięć RAM, potrójnego wyświetlacza siedmiosegmentowego, diod LED, złączy HDMI i USB, a także slotu na karty pamięci micro SD.