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Forum: FPGA, VHDL & Co. Gibts eigentlich noch "kleine" FPGAs?


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Autor: Tobias P. (hubertus)
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Ich habe mir grade die paar neuesten FPGAs von Altera (Intel...) und 
Xilinx angeschaut, da ich mir grad überlege, was zu bauen wo ein kleiner 
FPGA nützlich sein könnte.
Dabei ist mir aufgefallen, dass es beim neuesten Zeug teilweise gar 
keine TQFP Packages mehr gibt. Dazu ein paar Fragen.

a) schon länger gibts ja FPGAs mit integriertem ARM Prozessor. Meistens 
werden da so richtige Boliden wie Cortex-A9 und sowas verbaut, welche 
man ohne Betriebssystem nur eher schwer handhaben kann. Gibt es auch 
FPGAs, wo etwas "normales" drin ist, so wie ein Cortex-M3 oder M4? 
eigentlich hätte ich eine Applikation, die sich mit einem M3 und einem 
Haufen von Logikgattern erschlagen liesse. Einen A9 brauche ich dazu 
keinesfalls.
Und beschaffbar in Einzelstücken müsste der FPGA natürlich auch sein 
(z.B. Mouser). Dann stellt sich noch die Frage ob man als Privater 
überhaupt an die Toolchain kommt.

b) Da so ein kleiner FPGA wie ich brauche, mit integriertem Prozessor, 
vmtl. nicht existiert, wäre es durchaus auch denkbar, einen kleinen 
STM32 mit einem "normalen" FPGA zu kombinieren. Cyclone II FPGAs gibt es 
im TQFP und sind von der Leistung her für mich absolut ausreichend. Da 
Frage ich mich allerdings, da der Cyclone II schon recht alt ist, ob es 
noch klug ist, auf so ein altes Pferd zu setzen.
Die neueren FPGAs wie Cyclone III haben ja dann bereits exposed Pads, wo 
es schwierig zum Löten wird (hab keinen Ofen, könnte mir aber evt. 
Zugang zu einem verschaffen). Und die ganz neuen (Cyclone V und 10) 
haben nicht mal mehr TQFP packages.

Eigentlich ist schon ein TQFP144 mehr als gross genug. Aber sowas 
scheint es kaum mehr zu geben?

Was wäre empfehlenswert? ich habe hauptsächlich bei Intel geschaut, da 
ich Quartus kenne weil ich viel damit gearbeitet habe (allerdings schon 
länger nicht mehr). Bei Lattice und Actel gibt es vielleicht gute 
Sachen, dort kenne ich mich aber nicht aus und weiss z.B. nicht ob man 
da noch einen extra Programmer braucht (einen Altera USB Blaster hätte 
ich hingegen schon...).

Autor: Frank K. (fchk)
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Tobias P. schrieb:

> a) schon länger gibts ja FPGAs mit integriertem ARM Prozessor. Meistens
> werden da so richtige Boliden wie Cortex-A9 und sowas verbaut, welche
> man ohne Betriebssystem nur eher schwer handhaben kann. Gibt es auch
> FPGAs, wo etwas "normales" drin ist, so wie ein Cortex-M3 oder M4?
> eigentlich hätte ich eine Applikation, die sich mit einem M3 und einem
> Haufen von Logikgattern erschlagen liesse. Einen A9 brauche ich dazu
> keinesfalls.

Lohnt als Hard Makro nicht, weil Du sowas als Softcore implementieren 
kannst. Hard Makros nimmt man nur dort, wo Soft Cores zu groß oder zu 
langsam wären.


> Was wäre empfehlenswert? ich habe hauptsächlich bei Intel geschaut, da
> ich Quartus kenne weil ich viel damit gearbeitet habe (allerdings schon
> länger nicht mehr). Bei Lattice und Actel gibt es vielleicht gute
> Sachen, dort kenne ich mich aber nicht aus und weiss z.B. nicht ob man
> da noch einen extra Programmer braucht (einen Altera USB Blaster hätte
> ich hingegen schon...).

Lattice hat viele kleine FPGAs. Ja, auch wirklich kleine, die Du Du mit 
der Lupe suchen musst, weil sie 16 BGA Balls im 0.3mm Pitch haben, aber 
auch etwas besser sichtbare Typen. Und ja, einen passenden Programmer 
brauchst Du dafür dann auch wieder, aber der ist echt nicht der 
Kostenfaktor. Für Low-Density-Anwendungen wären die MachXO oder MachXO2 
genau das richtige. Ein LCMXO256C-3TN100C kostet bei Digikey 2.26€ und 
ist auch tatsächlich kaufbar.

fchk

Autor: Bürovorsteher (Gast)
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> Bei Lattice und Actel gibt es vielleicht gute
> Sachen, dort kenne ich mich aber nicht aus und weiss z.B. nicht ob man
> da noch einen extra Programmer braucht

Auge in Lattice. Nach einer Stunde weißt du Bescheid.

Autor: Operator S. (smkr)
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Tobias P. schrieb:
> Gibt es auch
> FPGAs, wo etwas "normales" drin ist, so wie ein Cortex-M3 oder M4?

Psoc5 von cypress könnte in diese Richtung gehen, die du suchst.
https://www.cypress.com/products/psoc-5

Autor: Mark W. (kram) Benutzerseite
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Also wenn Du nur einen M3 und etwas Logik brauchst, dann schau Dir mal 
den PSoC 5LP von Cypress an. Der ist vielleicht eher was fuer Deine 
Anwendung.

Autor: Gerd E. (robberknight)
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Frank K. schrieb:
> Für Low-Density-Anwendungen wären die MachXO oder MachXO2
> genau das richtige. Ein LCMXO256C-3TN100C kostet bei Digikey 2.26€ und
> ist auch tatsächlich kaufbar.

Für die MachXO und MachXO2 bist Du aber wieder auf die Lattice-Tools 
(Diamond) angewiesen. Die sind ein ähnliches Gewürge (Einarbeitung, 
Größe, Unübersichtlichkeit, Lizenzmanagerstress, Bugs,...) wie die Tools 
von Altera/Intel oder Xilinx.

Auch die Lattice ice40 wären von der Größe, Preis, Verfügbarkeit her 
eine Alternative. Die haben den großen Vorteil daß es für die seit 
einiger Zeit eine komplette Open Source Toolchain gibt, die die Nutzung 
und Entwicklung wesentlich schlanker und bequemer macht.

Siehe u.a.:
http://www.clifford.at/icestorm/
https://github.com/FPGAwars/icestudio
https://symbiflow.github.io

Autor: Max M. (maxmicr)
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Bin aktuell auch auf der Suche nach einem kleinen FPGA, das eigentlich 
nur um die 30 GPIOs haben müsste.
Wenn man auf Mouser die parametrische Suche entsprechend bedient, findet 
man zwar ein paar (leider auch nicht besonders viele) Ergebnisse, die 
sind aber alle in BGA und WLCSP Bauweise mit entweder 0.4mm oder 0.35mm 
Ballpitch!
Ich verstehe nicht, warum man bei 49 Pins gleich zu so extremen 
Bauformen greifen muss, macht bei uCs ja auch niemand.
Ist zwar irgendwie niedlich, ein kaum sichtbares FPGA auf dem Board zu 
haben, aber wenn kaum jemand eine entsprechende Platine dafür fertig 
kann...?

: Bearbeitet durch User
Autor: Lothar (Gast)
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Tobias P. schrieb:
> kleiner FPGA wie ich brauche, mit integriertem Prozessor

Wie klein ist denn das Projekt? Vielleicht tut es ein uC mit 
integriertem CPLD:

https://www.silabs.com/whitepapers/how-configurable-logic-revolutionizes-small-microcontroller-applications

Autor: Ich (Gast)
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MAX10 von Intel
Und Max1000 von Arrow

Autor: Lutz Lustig (Gast)
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Autor: Martin K. (martin_k662)
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Microsemi hat auch M3 + FPGA dran in TQFP. nennt sich da SmartFusion.

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Max M. schrieb:
> Bin aktuell auch auf der Suche nach einem kleinen FPGA, das eigentlich
> nur um die 30 GPIOs haben müsste.
> Wenn man auf Mouser die parametrische Suche entsprechend bedient, findet
> man zwar ein paar (leider auch nicht besonders viele) Ergebnisse, die
> sind aber alle in BGA und WLCSP Bauweise mit entweder 0.4mm oder 0.35mm
> Ballpitch!
> Ich verstehe nicht, warum man bei 49 Pins gleich zu so extremen
> Bauformen greifen muss, macht bei uCs ja auch niemand.
> Ist zwar irgendwie niedlich, ein kaum sichtbares FPGA auf dem Board zu
> haben, aber wenn kaum jemand eine entsprechende Platine dafür fertig
> kann...?

ganz genau! entweder sind es BGAs oder WLCSP. Sehr schade. Bei Intel 
gibts nur QFP144, dafür mit exposed Pad - auch nicht so toll...

Martin K. schrieb:
> Microsemi hat auch M3 + FPGA dran in TQFP. nennt sich da SmartFusion.

das klingt gut. Kann man den integrierten M3 mit einem Segger JLink 
ansprechen, oder geht das Programmieren nur über eine 
herstellerspezifische IDE?

Da mich die Gehäuse der neuen FPGAs abschrecken, ich noch einen USB 
Blaster habe sowie ein paar Cyclone II im TQFP, tendiere ich momentan 
dazu, diese zu verwenden. Die Cyclone II wird es hoffentlich noch eine 
Weile geben.... Leider habe ich nirgends Infos gefunden, wann die 
EOLsein sollen.
Für den Cyclone II habe ich auch schon mal einen passive serial Loader 
in einem M3 implementiert. Daher ist das vermutlich die am wenigsten 
riskante Lösung, obgleich sie mir nicht so gefällt weil der Chip so alt 
ist.

Autor: Gerd E. (robberknight)
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Max M. schrieb:
> Bin aktuell auch auf der Suche nach einem kleinen FPGA, das eigentlich
> nur um die 30 GPIOs haben müsste.
> Wenn man auf Mouser die parametrische Suche entsprechend bedient, findet
> man zwar ein paar (leider auch nicht besonders viele) Ergebnisse, die
> sind aber alle in BGA und WLCSP Bauweise mit entweder 0.4mm oder 0.35mm
> Ballpitch!

In der iCE40-Serie gibt es einige in QFN-48 mit 0,5mm Pitch. Das kann 
man eigentlich noch gut von Hand und ohne teures Werkzeug verlöten.

Z.B. ICE5LP1K-SG48ITR könnte für Deine Anforderungen passen.

Autor: Blechbieger (Gast)
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Tobias P. schrieb:
> Die Cyclone II wird es hoffentlich noch eine
> Weile geben.... Leider habe ich nirgends Infos gefunden, wann die
> EOLsein sollen.

Der wird in der aktuellen Software schon lange nicht mehr unterstützt. 
Ich meine 13.0 war die letzte Version die ihn unterstützt hat. Daher 
rechne nicht mehr allzu lange mit dem.

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Habe zwar gerade nach längerem Suchen diese Tabelle gefunden. So schlimm 
sieht es also noch nicht aus - und selbst Cyclone I kann man noch 
kaufen. Die neueren haben halt dann immer dieses exposed Pad, das stört 
mich grausam weil ich da extra zu einem Ofen gehen muss, um den Chip 
einzulöten. Und soweit ich weiss hat der Cyclone V ja sogar noch einen 
Cortex A drinnen - das ist ein viel zu grosser Bolide.

Autor: Blechbieger (Gast)
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Das sieht nicht nach der Intelwebseite aus.

Laut 
https://www.intel.com/content/dam/www/programmable/us/en/pdfs/literature/pcn/pdn1810.pdf

ist der Cyclone I abgekündigt.

Nur der Cyclone V SoC hat zusätzlich einen Cortex-A. Der Cyclone V 
FPGA nicht.

Autor: Blechbieger (Gast)
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Die relevante Seite ist übrigens

https://www.intel.com/content/www/us/en/programmable/support/quality-and-reliability/pcns-and-advisories.html

Leider geben sie nicht im Voraus bekannt wie lange ein Bauteil 
hergestellt werden wird, vermutlich um sich nicht zu binden. Im 
Rückblick würde ich aber von mindestens 15 Jahren ab Vorstellung 
ausgehen.

Autor: Curby23523 N. (nils_h494)
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Max M. schrieb:
> Ist zwar irgendwie niedlich, ein kaum sichtbares FPGA auf dem Board zu
> haben, aber wenn kaum jemand eine entsprechende Platine dafür fertig
> kann...?

Ist halt nicht konzipiert für Hobby-Handbestücker.

Autor: Andi (Gast)
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Tobias P. schrieb:
> Die neueren haben halt dann immer dieses exposed Pad, das stört
> mich grausam weil ich da extra zu einem Ofen gehen muss, um den Chip
> einzulöten.

Wenn du eine eigne Platine machst, kannst du ja ein grösseres, 
durchkontaktiertes Loch vorsehen, in der Mitte des Exposed-Pad. Nur so 
gross dass du mit einer feinen Lötspitze reinkommst, und etwas Lötzinn 
ans Pad anbringen kannst.

---

MachXO2 gibts übrigens im TQFP-100 bis 2k LUTs, TQFP-144 ist mir auch 
viel zu gross für eigene Prints. Und das mit den kleinen FPGAs mit Pins 
hab ich mir hier im Forum sicher schon 3 mal gewünscht, leider hat mich 
noch kein Hersteller erhört...

Autor: Max M. (maxmicr)
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Curby23523 N. schrieb:
> Ist halt nicht konzipiert für Hobby-Handbestücker.

Das verstehe ich schon, aber auch wenn es nur für Profis ist, sehe ich 
den Sinn davon nicht, ein FPGA mit 48 Beinchen so unglaublich klein in 
BGA zu fertigen?

Autor: Blechbieger (Gast)
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Max M. schrieb:
> Curby23523 N. schrieb:
>> Ist halt nicht konzipiert für Hobby-Handbestücker.
>
> Das verstehe ich schon, aber auch wenn es nur für Profis ist, sehe ich
> den Sinn davon nicht, ein FPGA mit 48 Beinchen so unglaublich klein in
> BGA zu fertigen?

Die sind u.a. für Handys gedacht, da kann es nicht klein genug sein.

Autor: Thorsten S. (thosch)
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Andi schrieb:
> Und das mit den kleinen FPGAs mit Pins
> hab ich mir hier im Forum sicher schon 3 mal gewünscht, leider hat mich
> noch kein Hersteller erhört...

Der Zug ist bei den Marktführern wohl abgefahren...
Xilinx hat in den ersten veröffentlichten Dokus zur 7er Serie noch zwei 
kleinere Spartan-7-FPGAs im TQFP-Gehäuse (TQFP-100, wenn ich mich 
richtig erinnere) aufgelistet. Mit einem Doku-Update verschwanden die 
dann kommentarlos, in der Document History war das lapidar mit "updated 
Parts List" erwähnt.

Bastler sind halt überhaupt keine Zielgruppe für Halbleiterhersteller.
Und TQFP Gehäuse sind ungünstig für schnelle Logik wie aktuelle FPGAs, 
allein die Spannungsversorgung und ihre Entkopplungs-Cs sind nicht so 
gut anzubinden, wie bei einem BGA.

Die zwei kleinsten Spartan-6 bekommt man noch als TQFP.
Da muß man aber aufs Speicherinterface verzichten.
Außerdem muß man sich mit der alten ISE-Entwicklungsumgebung rumquälen, 
Vivado unterstützt erst die 7er-Serie und neuer.


Max M. schrieb:
> sehe ich
> den Sinn davon nicht, ein FPGA mit 48 Beinchen so unglaublich klein in
> BGA zu fertigen?
Die Zielgruppe für diese Teile ist offenbar im Bereich mobiler 
Elektronik bzw. kompakter Baugruppen angesiedelt. Kein Handy- oder 
Smartwatch-Hersteller kann TQFP-Bauteile gebrauchen. Auch in der 
Industrie-Elektronik wird auf Verkleinerung von Baugruppen 
hingearbeitet, z.B. damit die in Hutschienengehäuse im Formfaktor eines 
Leitungsschutzschalters passt...

Autor: Holger (Gast)
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Gerd E. schrieb:
> In der iCE40-Serie gibt es einige in QFN-48 mit 0,5mm Pitch. Das kann
> man eigentlich noch gut von Hand und ohne teures Werkzeug verlöten.
>
> Z.B. ICE5LP1K-SG48ITR könnte für Deine Anforderungen passen.

Das USB ProgTool ist im FPGA Core.

Autor: Holger (Gast)
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https://tinyfpga.com/


The TinyFPGA boards are a new series of low-cost, open-source FPGA 
boards in a tiny form factor. Solder on pins for use in a breadboard or 
PCB socket; or solder connectors, wires, and components directly onto 
the board.

TinyFPGA Boards

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Blechbieger schrieb:
> Die sind u.a. für Handys gedacht

wobei ich mir fast nicht vorstellen kann, dass in einem Handy ein FPGA 
eingebaut wird - bei den Stückzahlen wird doch ein ASIC schon rentabel 
sein, nicht?


Ich habe leider keine Erfahrung mit BGA, aber da ich mir sowieso Zugang 
zu einem Ofen verschaffen könnte, wäre es prinzipiell schon möglich, ein 
BGA einzulöten. Aber da weiss ich wiederum nicht, ob die nötigen kleinen 
Abstände von Leiterbahnen/Pads/Vias in den Poolverfahren machbar sind - 
und mit 4 Lagen wird es wohl auch nicht machbar sein, fürchte ich.

Autor: Blechbieger (Gast)
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Zumindest im IPhone 7 war anscheinend einer drin.

https://web.archive.org/web/20160916230725/http://www.chipworks.com/about-chipworks/overview/blog/apple-iphone-7-teardown

Bei so kleinen Chips könnte ich mir vorstellen dass das Gehäuse und die 
durch die IO-Pads bestimmte Siliziumfläche den Preis bestimmen. IO-Pads 
sind riesig im Vergleich zu internen Logikgattern. Die 
Rekonfigurierbarkeit gäbe dann quasi kostenlos oben drauf.

Autor: Blechbieger (Gast)
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Den Intel Max 10 gibt es auch im EQFP-144 Gehäuse mit 0,5 mm Pinabstand, 
allerdings exposed Pad. Sollte trotzdem noch händisch lötbar sein.

Bei Mouser und Digikey gibt es die kleinsten für unter 10 Euro.

Autor: Andi (Gast)
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Tobias P. schrieb:
> wobei ich mir fast nicht vorstellen kann, dass in einem Handy ein FPGA
> eingebaut wird - bei den Stückzahlen wird doch ein ASIC schon rentabel
> sein, nicht?

Wurde hier schon öfters diskutiert.
Natürlich ist ein ASIC günstiger, aber bis das hergestellt ist und durch 
alle Revisionen gegangen ist, ist schon die nächste Generation des 
Handys aktuell. Das sind sehr kleine FPGAs, bisher meist von Lattice, 
die wenig Strom brauchen, und für Handyhersteller teilweise wohl unter 
1$ kosten. Lattice verkauft davon mehr als eine Million pro Tag.
Zum Glück können wir die auch kaufen, und nicht mal so viel teurer (z.B. 
UltraLite), die neueren gibt es eben auch im QFN48 Gehäuse. Leider sind 
sie aber ziemlich langsam, verglichen mit normalen FPGAs.

Meiner Meinung nach ist Lattice ist für Hobby-FPGAler sowieso die erste 
Adresse. Kleine FPGAs, die sie  über Distributoren zu normalen 
Bedingungen verkaufen, mit transparenten Staffelpreisen. (werde leider 
noch nicht von Lattice für solche Aussagen bezahlt).

Autor: Sven P. (haku) Benutzerseite
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Thorsten S. schrieb:
> Außerdem muß man sich mit der alten ISE-Entwicklungsumgebung rumquälen,
> Vivado unterstützt erst die 7er-Serie und neuer.

Bei der ISE hat man aber als nicht-Vollzeit-FPGA-Entwiclker noch ne 
Chance, was zu verstehen, was passiert.

Vivado ist bestenfalls noch Klicken & Hoffen, dass irgendwo ein Bitfile 
rausfällt...

Autor: S. R. (svenska)
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Tobias P. schrieb:
> wobei ich mir fast nicht vorstellen kann, dass in einem Handy ein FPGA
> eingebaut wird - bei den Stückzahlen wird doch ein ASIC schon rentabel
> sein, nicht?

Viele high-end Smartphones leben so nahe an den Standards, dass die 
Chips schon gegossen wurden, bevor der Standard überhaupt ratifiziert 
wurde.

Ein FPGA kann man nachträglich noch per Software-Update modifizieren, 
wenn sich der finale Standard doch noch ändert. Oder ein großer 
Hersteller verhindert die Änderung...

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Grade gesehen:

In der "Device Overview" Liste von Intel Cyclone 10 FPGAs findet man nur 
die BGA-Varianten.
Habe dann mir mal die Spezifikationen von so einem BGA anschauen wollen 
und die Seite gesucht, wo die Gehäuse spezifiziert werden. Und siehe da, 
dort findet man einen

10CL010YE144

welcher da ist: ein Cyclone 10 FPGA im EQFP-144 Package, und dort steht 
sogar: status: production. Also offenbar gibt es den Chip doch im EQFP, 
lustigerweise aber weder bei Digikey noch bei Mouser werden die 
gefunden, einzig Arrow bietet diese an. Weshalb ist das wohl so? Ob man 
so einen EQFP144 wohl beschaffen könnte?

Jedenfalls habe ich grade mal das MBGA164 Gehäuse angeschaut. Mit etwas 
herum pröbeln könnte es vielleicht sogar möglich sein, dass man damit 
ein Layout auf 4 Lagen hin bekommt - auf 6 Lagen möchte ich nicht 
wirklich gehen, da viel zu teuer. (PCB-Pool)

Hat sowas hier jemand schon mal gemacht? einen Dip-Adapter möchte ich 
eigentlich lieber nicht benutzen. Offenbar wird man künftig um BGA nicht 
herum kommen.

Autor: Marian M. (mrhat2010)
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Tobias P. schrieb:
> Grade gesehen:
>
> In der "Device Overview" Liste von Intel Cyclone 10 FPGAs findet man nur
> die BGA-Varianten.
> Habe dann mir mal die Spezifikationen von so einem BGA anschauen wollen
> und die Seite gesucht, wo die Gehäuse spezifiziert werden. Und siehe da,
> dort findet man einen
>
> 10CL010YE144
>
> welcher da ist: ein Cyclone 10 FPGA im EQFP-144 Package, und dort steht
> sogar: status: production. Also offenbar gibt es den Chip doch im EQFP,
> lustigerweise aber weder bei Digikey noch bei Mouser werden die
> gefunden, einzig Arrow bietet diese an. Weshalb ist das wohl so? Ob man
> so einen EQFP144 wohl beschaffen könnte?
>
> Jedenfalls habe ich grade mal das MBGA164 Gehäuse angeschaut. Mit etwas
> herum pröbeln könnte es vielleicht sogar möglich sein, dass man damit
> ein Layout auf 4 Lagen hin bekommt - auf 6 Lagen möchte ich nicht
> wirklich gehen, da viel zu teuer. (PCB-Pool)
>
> Hat sowas hier jemand schon mal gemacht? einen Dip-Adapter möchte ich
> eigentlich lieber nicht benutzen. Offenbar wird man künftig um BGA nicht
> herum kommen.

https://www.digikey.de/product-detail/de/intel/10CL010YE144I7G/544-3376-ND/7347620

Gibts wohl doch bei digikey du hast halt nur nicht gefunden.

PS: Digikey spuckt für die Cyclon10LP in EQFP144 Package 16 Ergebnisse 
aus

Autor: Tobias P. (hubertus)
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ok habe es grade gesehen :-)

: Bearbeitet durch User
Autor: Profi (Gast)
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Am Besten ist, wenn du den MAX10 von Intel mit dem integrierten Flash & 
ADC nimmst. Schön klein, alles dabei und kein externes Flash. Und Single 
Supply!

Den uController NIOS2 gibts von Intel kostenlos und ist ein voller 32Bit 
Controller mit allen Schnittstellen, voll frei zusammenbaubar, coole 
Sache.

Kauf dir das MAX1000 oder CYC1000 von Trenz / Arrow und du wirst 
glücklich. Jede Menge Doku dabei auf der Trenz Homepage.






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