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Forum: FPGA, VHDL & Co. Wer schreibt mir ein kleines FPGA "Programm" ?


Autor: Stefan S. (hf_fuzzi)
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Hallo Ihr,
ich suche für ein privates Projekt einen fähigen Elektroniker, welcher
Erfahrungen mit dem Einsatz und der Programmierung von FPGAs hat.

Die Aufgabe ist eigentlich ganz einfach:
- 8 Bit breite Samples auf einem D/A Wandler z.B. ein AD9708 mit einer 
Samplingrate von 75 MS/s oder 100MS/s ausgeben.
- Die Datenmenge beträgt mind. 4 kByte -> Puffer im FPGA
- die Schaltung soll über einen Triggereingang verfügen und nach einem 
Triggerimpuls sollen die 4 kByte über den D/A Wandler einmal ausgegeben 
werden.
- Es soll nach Möglichkeit ein asynchrones UART Interface exitsieren, 
über das man den 4 kByte großen Puffer bequem (re)programmieren kann.

Am liebsten wäre mir ein FPGA im noch handhabbaren PLCC Gehäuse oder 
noch einfacher zu löten. Bedrahtet wird es sowas wohl nicht mehr geben.
Die Hardware kann ich mir selber bauen oder es gibt eine fertige 
preiswerte Plattform, mit der man soetwas machen kann?

Oder kennt jemand ein käuflich zu erwerbendes Board (maximal 50 Eur), 
mit dem man soetwas veranstalten kann?

Wer will mit mir zusammenarbeiten? Der schreibe mit bitte eine PN!

Und so lange ich das Thema hier nicht abgemeldet habe - können sich 
Interessenten melden...

Und für alle weiterhelfenden Beiträge, schonmal meinen herzlichen Dank!

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Autor: Mamp unterwegs (Gast)
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Stefan S. schrieb:
> Wer will mit mir zusammenarbeiten? Der schreibe mit bitte eine PN!

Mir ist der Anreiz noch nicht ganz klar, weshalb jemand das mit dir 
machen wollen würde ...

Autor: Lars R. (lrs)
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https://shop.trenz-electronic.de/de/TEI0001-02-08-...

. hat UART am USB-Stecker oder/und über Pin header
. Dazu Zusatzplatine mit AD9708 (Wer baut diese?)

Realisierung: State machine oder Design mit NIOS.

Autor: bla (Gast)
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Das klingt stark nach einem "arbitrary waveform generator" mit 100MHz 
für 50€... Das wird wohl knapp.

FPGAs gibts nur sinnvoll als breakout board zum selber löten, die letzte 
mir bekannte PLCC-Logik sind die (längst abgekündigten) XC95xx CPLDs von 
Xilinx.

Ein Vorschlag:
1) FPGA-Board: 
https://numato.com/product/mimas-v2-spartan-6-fpga...
2) 125MSPS-DAC (sogar dual!): 
https://numato.com/product/ad9763-dac-expansion-module

Kostet zusammen knapp $100 und ist plug-and-play (zumindest die 
Hardware). Eine Ausgangsverstärker kannst du dann gerne noch selber 
entwerfen.

Was das VHDL-"Programm" angeht - wer einen Gefallen mit "klein" 
ankündigt, hat meistens damit schon gelogen ;-) Das was du gerne hättest 
ist, insb. wenn es die 100MSPS auch ausnutzen soll, nicht ganz trivial.
Sofern du als Elektroniker einigermaßen Ahnung von Logik hast (könntest 
du das theoretisch aus diskreten Logikbausteinen zusammen bauen?) könnte 
für dir "Schematic capture" eine Möglichkeit sein, das selber zusammen 
zu klicken (auch wenn Lothar Miller bei diesem Wort ein Schaudern den 
Rücken hinunter läuft).

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Stefan S. schrieb:
> Am liebsten wäre mir ein FPGA im noch handhabbaren PLCC Gehäuse oder
> noch einfacher zu löten.
Ich würde für diese Aufgabe hier einen MachXO2 im TQFP 100 Gehäuse 
nehmen. Den kann man recht problemlos manuell löten.

> - Es soll nach Möglichkeit ein asynchrones UART Interface exitsieren,
Warum asynchron? Ein synchrones Interface ist idR. wesentlich einfacher 
handhabbar.

bla schrieb:
> das selber zusammen zu klicken (auch wenn Lothar Miller bei diesem Wort
> ein Schaudern den Rücken hinunter läuft).
Wenn man sich das so zusammenklickt, dass ein synchrones Design mit 1 
Takt dabei herauskommt, dann sehe ich da erst mal kein Problem (wobei 
das mit dem UART sicher auch etwas umfangreicher wird). Nach ein paar 
Wochen kapiert es halt keiner mehr...

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Autor: Weltbester FPGA-Pongo (Gast)
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Lothar M. schrieb:
>> - Es soll nach Möglichkeit ein asynchrones UART Interface exitsieren,
> Warum asynchron? Ein synchrones Interface ist idR. wesentlich einfacher
> handhabbar.

Lothar:  U-A-R-T ->  Wir nehmen das A und lesen "Asynchronous" :-)

Der TE meint hier zurecht "asynchron", denn die Zeitbasis seines PCs mit 
dem er das wohl steuern will, ist ganz sicher eine andere, als die des 
FPGA. Daher ist das Interface asynchron.

Was Du sicher meinst, ist das Eintakten, damit alles intern synchron 
ist. Der Begriff stimmt in sich, passt aber nicht zum Interface. Das ist 
asynchron.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Weltbester FPGA-Pongo schrieb im Beitrag #5244449:
> Lothar:  U-A-R-T ->  Wir nehmen das A und lesen "Asynchronous" :-)
Ja, das steht da.
Aber ich meinte durchaus ein tatsächlich synchrones Interface von 
Schlage SPI. Man könnte das auch vom PC aus mit einem USB-Wandler z.B. 
MCP2210 ansprechen, der als SPI Master eingesetzt wird. Dann könnte man 
das DPRAM einfach mit der "Wortbreite" eins auf der SPI-Seite Bit für 
Bit beschreiben und auf der DAC-Seite mit 8 Bit Breite auslesen.

https://www.mouser.de/new/microchip/microchipmcp2210/

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Mampf F. (mampf) Benutzerseite
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Lothar M. schrieb:
> Man könnte das auch vom PC aus mit einem USB-Wandler z.B.
> MCP2210 ansprechen, der als SPI Master eingesetzt wird. Dann könnte man
> das DPRAM einfach mit der "Wortbreite" eins auf der SPI-Seite Bit für
> Bit beschreiben und auf der DAC-Seite mit 8 Bit Breite auslesen.

Man könnte auch einfach einen USB -> UART Wandler einsetzen ...

UART ist wirklich kein Hexenwerk für FPGAs :)

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Mampf F. schrieb:
> UART ist wirklich kein Hexenwerk für FPGAs :)
Weiß ich schon. Ich habe das aber darauf bezogen, dass der örtliche 
Elektriker das FPGA per Schematic "programmiert". Dann ist ein simples 
SPI Schieberegister einfacher zu implementieren als ein UART... 😉

Autor: Mampf F. (mampf) Benutzerseite
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Lothar M. schrieb:
> Dann ist ein simples
> SPI Schieberegister einfacher zu implementieren als ein UART... 😉

Dafür ist die PC-Seite dann aufwändiger evtl^^

Die Summe allen Übels ist konstant hat mal ein Mathe-Prof behauptet 
...^^

Aber im Ernst ... SPI ist garnicht so trivial zu implementieren, wenn 
man es gescheit macht.

Schwierig ist zB einen getakteten Prozess zum Empfangen der Daten zu 
bauen, der vom SPI-Clock getaktet wird.

Hört sich widersinnig an, ist aber tatsächlich so ... Du kannst es mal 
versuchen^^

Der richtige Weg ist, die SPI-Signale einzusynchronisieren, in ein 
Schieberegister zu sampeln und Flanken-Erkennung über 
Bitmuster-Vergleiche zu machen.

Dann ist es eh kaum noch Unterschied zu eine UART ;)

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Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Mampf F. schrieb:
> Schwierig ist zB einen getakteten Prozess zum Empfangen der Daten zu
> bauen, der vom SPI-Clock getaktet wird.
> Hört sich widersinnig an, ist aber tatsächlich so ... Du kannst es mal
> versuchen^^
Such mal hier im Forum. Die Lösung dafür dürfte so um die 5 Jahre alt 
sein... ;-)

Aber hier wäre es dank des DPRAM viel einfacher, weil die 
Schreib-Seite komplett vom SPI-Takt leben kann und damit vollkommen 
asynchron zum DAC sein könnte.

Wenn die Daten aber tatsächlich per UART vom PC kommen, dann empfiehlt 
es sich, den Komplementärwert der jedes übertragenen Bytes wieder 
zurückzuschicken. Dann kann geprüft werden, ob die Wellnform richtig im 
Speicher angekommen ist. Weil der UART ja vollduplex ist kostet das nur 
knapp 1 Byte mehr Zeit.

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Autor: Mampf F. (mampf) Benutzerseite
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Lothar M. schrieb:
> Such mal hier im Forum. Die Lösung dafür dürfte so um die 5 Jahre alt
> sein... ;-)

Weshalb? Ich hab das vor 10 Jahren mal implementiert und es hat 
funktioniert ... Einer meiner Cores auf opencores.org hat das immer noch 
drin mit dem Vermerk, dass ich das mal ändern wollte ;-)

 Ein lustiger Effekt damals war, dass der Prozess einfach stehen bleibt, 
sobald der SPI-Clock ausbleibt xD

Da fand ich SPI sampeln und auswerten weniger brain-twisting^^

Autor: Stefan S. (hf_fuzzi)
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Vielen Dank schonmal für eure rege Beteiligung!

Ja das Ganze soll ein kleiner "arbitrary waveform generator" werden.

Die Ausgabe der Samples soll nur "Schussweise" nach einem Triggerimpuls 
erfolgen und ist meistens eh aus, so dass das Speichern von neuen 
Samples ruhig langsam erfolgen kann und nicht parallel mit der Ausgabe 
funktionieren muss, also absolut NICHT zeitkritisch ist.

Ein SPI Interface mit Daten zu versorgen, wäre an sich kein Problem für 
mich, hat aber den Nachteil, dass ich die Daten nicht so einfach aus 
einem PC per USB->seriell Adapter (z.B. von FTDI) in den FPGA-RAM 
rüberkopieren kann und einen extra Adpater mit z.B. einem kleinen PIC 
oder Atmel Prozessor dazwischen bauen muss. Daher wäre mir ein 
kompizierterer UART (asynchron) im FPGA zum Empfang der Daten eindeutig 
lieber.
Aber so ein UART sollte doch in irgend einer Standartbibliothek 
verfügbar sein - oder nicht?

Ein synchrones Design per Schaltungseditor ala "Schematic capture" 
(welchen bitte?) würde ich mir schon zutrauen, aber das ist ja nur die 
halbe 'Wahrheit' da man ja noch Einiges mehr wissen muss, z.B. um einen 
optimalen Typ auswählen zu können, die Takterzeugung (auch für den 
UART), und und und. Als Anfänger kann man da ganz schön auf die Schnauze 
fallen.

Tja: nun stehe ich vor der Entscheidung: fertig kaufen und mit wilder 
Verdrahtung zusammenstecken, was ich bei 100 MHz schon sehr grenzwertig 
finde, oder einfach mal eine eigene Platine entwerfen...

Lothar hat ja einen MachXO2 im TQFP 100 Gehäuse vorgeschlagen.
Gibt es noch einen Typ mit weniger Pins? Zur 'Not' geht der natürlich 
auch und ätzen und löten kann ich sowas auch. Aber man muss sich ja die 
Arbeit nicht unnötig schwer machen, wenn man lange nicht so viele Pins 
benötigt. Ich komme überschlägig nur auf 13 I/O-Pins für meine 
Funktionalität ;-)

UPDATE:
So, ich habe einmal bei RS nach MachXO2 geschaut.
Der LCMXO2-256HC-4SG32I im lötfreundlichen QFN 32-Pin Gehäuse scheidet 
wohl leider aus, da er viel zu wenig RAM besitzt. Dann also doch 
TQFP-100 Gehäuse:
Dann ist der 'kleinste' mit ausreichend RAM das IC mit der RS 
Artikelnummer 827-6539 ein "CPLD LCMXO2-1200HC-4TG100I, MachXO2 79 I/O 
Flash ISP, 7.24ns TQFP 100-Pin"
Er besitzt 64 kBit EBR SRAM, was das auch immer sein soll?

Würde so ein Teil von der Geschwindigkeit und den zur Verfüngung 
stehenden Recourcen ausreichend für mein Projekt sein?

: Bearbeitet durch User
Autor: Andi (Gast)
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Stefan S. schrieb:
> UPDATE:
> So, ich habe einmal bei RS nach MachXO2 geschaut.
> Der LCMXO2-256HC-4SG32I im lötfreundlichen QFN 32-Pin Gehäuse scheidet
> wohl leider aus, da er viel zu wenig RAM besitzt. Dann also doch
> TQFP-100 Gehäuse:
> Dann ist der 'kleinste' mit ausreichend RAM das IC mit der RS
> Artikelnummer 827-6539 ein "CPLD LCMXO2-1200HC-4TG100I, MachXO2 79 I/O
> Flash ISP, 7.24ns TQFP 100-Pin"
> Er besitzt 64 kBit EBR SRAM, was das auch immer sein soll?
>
> Würde so ein Teil von der Geschwindigkeit und den zur Verfüngung
> stehenden Recourcen ausreichend für mein Projekt sein?

Es gibt neuerdings die 1280 LUT Version auch in QFN32:
https://www.digikey.com/product-detail/en/lattice-...
Ist der gleiche Chip, wie im TQFP-100 nur in kleinerem Gehäuse. Die 
haben 7 kByte RAM (9 Bit breit) auf das problemlos mit 100 MHz 
zugegriffen werden kann.
Und Logikzellen hast du mehr als genug für deine Anwendung.
Hier gibt's ein fertiges kleines Board, allerdings ohne USB-Seriell 
drauf:
http://tinyfpga.com Du brauchst die A2 Version und dazu noch den 
Programmer.

Wenn es etwas grösser sein darf, nimm ein Breakout Board von Lattice für 
25..30 €, da ist schon ein FT2232 drauf, der Programmieren und UART 
Kommunikation erlaubt.
http://www.latticesemi.com/en/Products/Development...

Eine Alternative zu MachXO2/3 wäre die ICE40 Familie von Lattice. Dazu 
gibts auch eine OpenSource Toolchain. Ein sehr günstiges und kleines 
Board wurde in diesem Forum auch schon besprochen: 
Beitrag "Gnarly Grey low cost 5.3KLuts UltraPlus"
Damit sind die 100 MHz alledings kaum erreichbar, mit Tricks (DDR 
Ausgänge) vielleicht 80 MHz.

Andi

Autor: Christian R. (supachris)
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Ich dachte für sowas nimmt man mittlerweile immer ein RedPitaya 
Board...ist doch sowas wie der Raspi für FPGA Designs ;)

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Stefan S. schrieb:
> Dann ist der 'kleinste' mit ausreichend RAM das IC mit der RS
> Artikelnummer 827-6539 ein "CPLD LCMXO2-1200HC-4TG100I, MachXO2 79 I/O
> Flash ISP, 7.24ns TQFP 100-Pin"
> Er besitzt 64 kBit EBR SRAM, was das auch immer sein soll?
Sieh es als 8kByte Dual-Port-RAM an.

> Würde so ein Teil von der Geschwindigkeit und den zur Verfüngung
> stehenden Recourcen ausreichend für mein Projekt sein?
Ja. Allein das Layout zum DAC muss natürlich auch passen. 100MHz ist als 
Rechteck gesehen mindestens ein halbes GHz! Da kann man mit 
unterschiedlichen Leitungslängen schon mal ein Design in den Sand 
setzen...

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Andi (Gast)
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Lothar M. schrieb:
>> Er besitzt 64 kBit EBR SRAM, was das auch immer sein soll?
> Sieh es als 8kByte Dual-Port-RAM an.

Lieber nicht, es sind 7 Blöcke à 1k x 9bit. (7 x 1024 x 9 = 64512 bits).
Die E mbedded B lock R ams können auch anders konfiguriert werden, 
nämlich 1,2,4,8,9 Bits breit, wobei sich der Adressbereich entsprechend 
anpasst.


Bei 100 MHz Abtastfrequenz kann man etwa 10 MHz max für die ausgegebene 
Wellenform erwarten wenn sie noch einigermassen erkennbar sein soll. Da 
spielen Leitungslängen keine grosse Rolle.
Ich würde so einen 8 Bit DAC mit Widerständen aufbauen. Ein R-2R DAC ist 
einfach und günstig und funktioniert für 8 Bit gut. Bei 100 MHz müssen 
die Widerstandswerte recht niederohmig gewählt werden, so 100..500 Ohm, 
und der Ausgangswiderstand der Pins sollte berücksichtigt werden.

Autor: Guest (Gast)
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Christian R. schrieb:
> Ich dachte für sowas nimmt man mittlerweile immer ein RedPitaya
> Board...ist doch sowas wie der Raspi für FPGA Designs ;)

Hoer auf den Mann! Du brauchst ein RedPitaya. Signal Generator ist sogar 
schon drinn. Wenn du glueck hast musst du nur ein Linux Programm 
schreiben das den Treuber aufruft.

Autor: Christian Müller (Firma: magnetmotor.ch) (chregu) Benutzerseite
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Christian R. schrieb:
> RedPitaya

Guest schrieb:
> Du brauchst ein RedPitaya.

Ist das nicht dieses überteuerte Teil von "Laien für Laien" (Elektor)?

Gruss Chregu

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Christian M. schrieb:
> Ist das nicht dieses überteuerte Teil
Wenn es das kann was man braucht und das macht was man will, dann ist 
das trotzdem noch günstig. Eine Eigenentwicklung wird teurer... ;-)

Autor: Guest (Gast)
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Christian M. schrieb:
> Ist das nicht dieses überteuerte Teil von "Laien für Laien" (Elektor)?

Ja. Allerdings nur fuer Leute die keine Ahnung haben.
Da sitzt ein Zynq drauf, ein eval board mit dem chip kostet allein schon 
jenseits der 100 Euro. Dazu je zwei 125 MSPS ADCs und DACs.

Das Teil kostet 250 Euro und ist damit so ziemlich das Guenstigste in 
der Klasse.

Die ganzen Anschuldigungen (kann nix, bringt nix, zu teuer, blablabla) 
kommen von:
- Es ist kein Oszi: Dafuer hat es nicht die noetige Eingangsstufe. Kaufe 
lieber eins dieser 70MHz China Dinger und entsperre es auf 200MHz.
- Es ist kein Signal Generator: Dafuer hat es nicht die noetige 
Ausgangsstufe. Mir sind leider keine coolen guenstigen Signalgeneratoren 
bekannt, gibts aber sicher.
- Es ist kein Logic Analyzer: Dafuer fehlt vmtl nur die Software und 
evtl die Anzahl nutzbarer IOs. Kauf nen Saleae Klon.
- Es ist kein HF Board: Dafuer fehlt mod/demod. Kauf lieber ein HackRF 
oder aehnliches.

Mit anderen Worten: Das RedPitaya ist ein FPGA Signalverarbeitungs eval 
board. Dafuer ist es ziemlich guenstig. Den Preis erkauft man sich wohl 
dadurch dass man grosse Mengen produziert und die dann als "mess und 
testgeraet fuer alles" an Leute verkauft die nix damit anfangen koennen. 
Der OP sucht aber scheinbar genau das was das RedPitaya eigentlich ist.

Autor: weltbester FPGA-Pongo (Gast)
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Lothar M. schrieb:
> Aber ich meinte durchaus ein tatsächlich synchrones Interface von
> Schlage SPI.

Wo wäre denn da der Vorteil? Der Aufwand im FPGA ist ähnlich und von der 
Datenrate weiß Ich nicht. Man kann auch per seriellem Interface 3MBit 
machen. Die Frage ist, ob er speziell was an HW einbauen will oder muss 
oder einfach 2 Pins braucht. UART ist letztlich am Einfachsten.

Sein Problem ist wohl auch eher die Software. Wenn da schon gefragt 
wird, wie sowas gehen soll, brauchen wir gar nicht weit denken.

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