广告

原创 基于Intel(Altera)MAX10系列FPGA的设计案例描述概要

2019-4-21 20:27 446 1 2 分类: FPGA/CPLD 文集: 应用方案
基于Intel(Altera)MAX10系列FPGA的设计案例描述概要

书接前回,不知大家是否还记得2015年公历最后一天,熊猫君给大家推荐了Altera(当时的Altera还是Altera)的MAX10系列FPGA呢?三年后的今天,熊猫君想继续展开聊聊,分享分享这三年里实施过的或看到别人实施过的基于MAX10系列FPGA的应用方案,当然啦,这些应用还是主要集中在控制类、接口类领域,毕竟能力和定位在那里。

    案例一:工业相机系统

对一部分工业相机而言,前端最多的是实现Sensor采集(或许还有一些简单预处理)和传输,算法应用处理大多在计算机上,一般的方案架构如下:

部分工业相机的架构图

   1)如图1所示,核心是个FPGA(需要做预处理的可能会挂一片SRAM或者DDR),主要担负Sensor的配置与数据采集、与工控机的控制交互和图像数据上传等工作;

   2Sensor通常分辨率不会太大,也有可能是Mono的,也有可能帧率较高,输出接口则是五花八门,有可能是LVDSHispiBT601/656/1120等等各种;配置总线接口则基本是SPIIIC;通过FPGA逻辑实现数据接收和配置总线接口;

   3)控制接口与计算机交互控制命令或状态,控制命令有可能是设置相机、同步触发等,物理层可能通过RS-232/422/485或者CAN总线等;通过FPGA IP资源实现控制接口;

   4)这里的数据接口输出相机前端系统的数据到工业相机,物理层常用的有a)USB3.0,通常采用Cypress的转接桥片,FPGA实现一个并行存储总线逻辑;b)以太网,一般会用UDP传输,要求高一些的会走一些握手协议,GigE Vision目前用的比较多,会利用FPGA IP资源来实现(当然GigE Vison IP并不免费,有人选择花钱买第三方的,也有公司选择自主开发); c)CameraLink,这个大家都熟悉,工业相机用了好些年了;

  5)有一些简单预处理的,会选择挂SRAMDDR来缓存,做一些类似于几何拼接、坏点校正、简单的降噪、增强或者Gamma之类的(有的用到18*18乘法器,看具体算法);

    实际上这里选哪家的FPGA并没有什么特殊的优势或者门槛,有用XilinxAltera Cyclon的,也有用Lattice的。我这里想说的是,这几年用MAX10的越来越多了。大家或许是基于下面的一些原因考虑的吧:

  1)性价比因素:比Xilinx的便宜得多,就算是MAX10系列的器件和Lattice同规模的相比较价格也在同一个水平上,但是用起来会更方便、IP资源也多、社区生态也更丰富;

  2)单电源3.3V或者双电源(2.5V1.2V)供电:这样能极大的简化电源方案,如果选用单电源3.3V的,基本上只要一个电轨就够了;

  3)内置Flash:无需再外接程序或数据存储的Flash

  4)汽车认证:AEC-Q100认证,这对有些应用来说很重要。

   综合来讲,用MAX10系列器件能够大幅的减少电路尺寸、节省BOM成本,但是也有一些缺点,主要集中在单电源供电的器件发热稍大、部分器件的交期较长。

   案例二:电源控制

   在复杂的系统中往往有多个处理器或处理单元、模组,对掉电、上电和电源调节有特殊的要求,主要体现在时序和反馈调节上。在这里使用CPLD太弱、使用其它FPGA太费,熊猫君看到用得比较多的是单电源供电的10M02(或者10M04,毕竟还是有一些逻辑需求在里面),封装一般用M153的(8mm*8mm)。主要实现的功能如下:

  1)上电和掉电时序控制,这个简单,GPIO输出个高低电平OK

  2)反馈调节:用片上的SAR ADC采样电压或者电流数据,通过SMBUS对电源管理芯片进行实时调节(也有用DAC调节电源FB基准的)

  3)风扇控制:采样温度、PWM调节风扇转速的;

  4)有的还会和处理器建立一个通信接口,一般是SPI或者IIC

    用起来特别方便,一个3.3V电源,一片MAX10芯片搞定一切,占的地方小,也便宜。

    案例三、电机控制

    电机控制这一块儿的应用有用作控制步进电机的,也有用在BLDCFOC)控制上的。

   1)步进电机:比较简单,就是一个根据输入命令信号生成相位脉冲,真的很简单,主要还是用10M02的器件;

   2)用作接口转接的:主要是在BLDCFOC)控制中采样编码器之类反馈器件的值,编码器接口的协议众多,FPGA采集到后经过滤波处理(有的用到18×18乘法器,看算法)通过总线送到主处理器如TITMS320F28335/ TMS320F28069之类的专用的电机控制DSP上。对较为复杂的如多机械关节的地方,接入的编码器路数可能还会比较多,这一块儿主要还是用10M0210M04的器件较多。

     案例四、图像接口

   一个是体现在其它接口与MIPI D-PHY之间的转接上,监控和显示领域用得比较多,早期主要是用的Lattice的方案(基本上自己没法改动),现在也有一些用MAX10方案的:

   1)监控领域:主要是做sensor的采集到主处理器MIPI接口输入(早几年TI的方案上也有转并口BT1120),监控行业现在主要是和华为海思主处理器的MIPI D-PHY CSI接口对接;

   2)显示领域:主要是MIPI D-PHY DSISDI(用第三方收发器芯片)、HDMILVDS用于中大型屏显示的。

    这两种应用大多会用10M2510M40双电源(单电源的LVDS工作速率要低)的器件。

    二个是一些特殊的应用,比如说模拟输出的图像在前端又不能用较大面积电路的。如制冷型探测器的焦平面输出AD采样:

   1)传统的办法是分成2级或者3级:a)最前端是信号板,套在探测器的脖子上(业内人士清楚这种方式); b)中间是AD板(这一级也有可能没有,直接放到图像处理板上),主要进行ADC采样,离信号板的距离相对近(因模拟信号不适合远距离传输,即使转成差分的);c)图像板:接收AD板采样的信号(或者是板上本来就有AD采样电路)和红外图像处理。这样子带来的不利影响是模拟信号需要较长距离的线上传输,可能会带来干扰或衰减,影响图像质量(这对红外图像系统很重要);电路多且分散,也会对可靠性带来影响。

   2)采用MAX10的方案,将低功耗ADC和信号板合并,实现模拟信号传输路径最优,转成LVDS数字信号抗干扰能增强。已知现有的主要是用M153封装(8*8mm面积)的那颗料。

   

     另外还有一些其他接口的应用,比如说子母时钟系统,对时码输出有秒对齐要求的,会用它来做接口板输出串口、1X9或其他接口的时码。

     总之呢,MAX10的器件在性价比、资源和易用性上还是很有优势的。不过,就目前的国际形势来看,中国还是需要有且必须有自己的真正能够达到规模商用水平的FPGA,熊猫君期待那一天尽快到来。感兴趣的同行也可加入QQ群:300148644进行进一步的技术交流!

作者: panda君, 来源:面包板社区

链接: https://www.mianbaoban.cn/blog/uid-me-3403128.html

版权声明:本文为博主原创,未经本人允许,禁止转载!

广告

文章评论 1条评论)

登录后参与讨论

curton 2019-5-26 21:33

学习
相关推荐阅读
panda君 2019-07-06 22:45
Panda侃技术,聊一聊国产FPGA
Panda侃技术,聊一聊国产FPGA                       ...
panda君 2019-06-03 10:53
基于安森美Python系列CMOS的应用方案
一、Python系列CMOS简介 安森美Python系列传感器主要面向工业级的应用,均为全局快门,-40°C~+85°C宽温级,可设置曝光拐点,采用像素内双采样校正技术具有较高的动态范围和一系列...
panda君 2019-05-18 11:55
华为,中国电子科技的脊梁
       面对美国泰山压顶般的“极限施压”,华为表现得铁骨铮铮,佩服任总的战略眼光,佩服华为人的未雨绸缪、自立更生的精神。不融资、不圈钱、不炒概念、踏踏实实...
panda君 2019-05-17 00:36
Xilinx ZYNQ UltraScale+ MPSoC应用专栏系列连载[第四篇]相机和接口板 ... ... ... ...
Xilinx ZYNQ UltraScale+ MPSoC应用专栏系列连载[第四篇]相机和接口板              ...
panda君 2019-05-13 01:02
Xilinx ZYNQ UltraScale+系列连载[第三篇]写一篇简单需求
ilinx ZYNQ UltraScale+系列连载[第三篇]写一篇简单需求          &nbs...
我要评论
1
1
广告
关闭 热点推荐上一条 /2 下一条