老味道,新选择 STEP-MAX10 FPGA开发板评测 1

爱板网2021-07-31 08:59:10

,思得普信息科技推出了小脚丫STEP-MXO2 二代FPGA开发板,因其小巧精致的外观 //适合灵活DIY,不错的外设资源//包括数码管、RGB LED、拨码开关、36个可用IO口等、板载编程器、加上在FPGA板卡中的价格优势,很快就席卷了各大高校、工程师群体,受到学生、专家一致认可。


不过,由于当时推出的STEP-MXO2只有一款采用Lattice FPGA的版本,很多时候,大家都希望可以有不一样的选择,并且对很多学生或者工程师来说,熟悉或者使用比较多的FPGA还是以Xilinx以及Altera(Intel)这两家最为知名的FPGA原厂的产品为主,这不,你想要的都会有的——


思得普信息科技推出了全新的STEP-MAX10 FPGA的开发板,基于Intel Alerta MAX10系列FPGA,虽然板载的FPGA芯片换了,但是外设资源完全兼容基于Lattice MXO2 FPGA的STEP-MXO2开发板。



换句话说,还是熟悉的味道,只不过你多了一种不一样的选择,这也让原本熟悉Altera FPGA的学生工程师朋友毫无门槛的轻松上手。


小脚丫STEP-MAX10


先来认识下这款全新的小脚丫STEP-MAX10 FPGA开发板。


首先外包装变得更加考究了,全金属、磨砂质感,看上去比先前的纸质外盒高大上多了。


正面是小脚丫的Logo


背面是颇具有煽动性的口号“进入可编程逻辑世界”以及小脚丫官方的微信公众号等信息,值得一提的是,微信公众号有FPGA资料的介绍以及小脚丫FPGA开发板详细的教程指导,不妨关注下。



要说STEP-MAX10最大的特点就是与STEP-MXO2兼容,除了本身板载的核心,其它外设资源全部兼容,所以说,当把STEP-MAX10开发板作为一个核心模块来说,在硬件上很容易移植到之前采用过STEP-MXO2开发板的产品上。



熟悉小脚丫STEP-MXO2二代开发板朋友自然对STEP-MAX10的外设资源不陌生,同样采用了DIP40封装,板卡尺寸为52mm*18mm,小巧精致,携带方便。


另外,板载资源也是十分丰富,包含4路轻触按键,4路拨码开关,8路用户LED,2路RGB_LED三色灯,此外,板卡集成了下载器,一根MicroUSB数据线即可完成开发板的供电与下载。整个开发板的硬件框图如下所示。



小脚丫STEP-MAX10 FPGA开发板的具体资源与接口如下图所示。



其中开发板上的引脚信号定义如下图所示



如果非要说有啥不同的地方,主要有两点:


1是 下载器的FTDI的芯片换成了Microchip的芯片,这样做的目的无非是为了进一步控制成本,而对功能上的使用是没啥变化的;


2是 STEP-MAX10搭载的核心FPGA芯片采用了Altera公司MAX10系列下的10M08SCM153,资源更为丰富了,而且对于熟悉Altera FPGA的朋友来说可以无门槛的上手,不失为另一种选择。



核心器件:Altera 10M08SAM153


  • 153脚BGA封装,引脚间距0.5mm,芯片尺寸8mm x 8mm;

  • 上电瞬时启动;

  • 8000个LE资源, 最大172KB 用户闪存,378Kbit RAM;

  • 2路PLL;

  • 24路硬件乘法器;

  • 支持DDR2/DDR3L/DDR3/LPDDR2等多种存储器;

  • 112个用户GPIO;

  • 3.3V电压供电;


MAX 10 FPGA是Altera最新的产品之一,定位于CPLD与FPGA之间,相比CPLD增加了Flash(闪存),相比Cyclone V缺少收发器、ARM硬核等。MAX10采用NiOS II软核,可定制化,在低成本、单芯片、瞬时上电的可编程逻辑器件(PLD)中提供了先进的处理能力,具有非易失、瞬时加载、双镜像配置、内部集成模数转换模块等特点。


从小脚丫官方资料的介绍来看,STEP-MAX10有两个搭载MAX10 FPGA的版本,一个是笔者手上的这款,还有另一个搭载10M02 FPGA的版本,因为没有见到实物,所以不大好确认,但就笔者认为,手上的10M08版本要比10M02版本强多了,这可不仅仅是逻辑资源上的提升,还包括用户存储、乘法器、ADC、温敏二极管、Flash双启动配置等,具体可以参考下图。



正如上面所说的,10M08内置了双启动模式,可以在一个芯片内实现双配置,通过芯片的Boot_sel引脚实现两种配置的切换,这是10M02版本所不具备的,单芯片双配置的方案可以使你的设计更加灵活,在某些需要额外Flash芯片配置场合更加节省成本。



退一步讲,小脚丫STEP-MAX10的两个版本基本能满足你的不同需求, 具体如何选择主要是看用户准备设计怎样的产品,当然如果你只是用于学习、评估等用途,无疑选择和笔者手上一样的这个版本更为合适。


开发环境


针对 Intel Altera FPGA的开发工具是Quartus Prime,目前最新版本为16.1,支持64位系统。


Quartus Prime是 Intel  Altera公司的综合性 PLD/FPGA 开发软件,作为一种可编程逻辑的设计环境,由于其强大的设计能力和直观易用的接口,具有运行速度快,界面统一,功能集中,易学易用等特点,越来越受到数字系统设计者的欢迎。



如果想下载最新版本,还是推荐使用官方的下载工具,毕竟安装文件还是有点大,当然,最方便的是选择小脚丫官方提供的网盘地址下载,不过这不保证是最新的版本。针对小脚丫STEP-MAX10 FPGA开发的话主要是安装一个软件包Quartus Prime以及器件包MAX 10FPGA,当然要使用仿真功能还需要额外下载一个ModelSim安装包,这些都安装完成需要占用10GB度的存储空间,还是非常大的。



安装完成会有USB Blaster的驱动安装,也就是下载需要用到的,这个必须安装,安装完成后通过PC USB端口给小脚丫STEP-MAX10供电就能看到USB Blaster驱动。如果USB-Blaster显示有问号,没有安装成功,可以通过安装Quartus目录文件夹下的驱动重新安装。



开发环境搭建好后就可以正式进行小脚丫STEP-MAX10 FPGA开发板的编程开发了,具体过程就不一一叙述了,在小脚丫官方提供的使用指导手册有完整的上手说明:


关注微信号 stepfpga 即可获取。


给STEP-MAX10开发板上电,上电默认运行的是和STEP-MXO2一样出厂程序。



下面例举一个简单的LED闪烁程序,打开Quartus开发工具,新建一个LED的工程文件,下图则为Quartus Prime16.1的开发工具的主界面。



新建工程的时候配置正确的参数,笔者手上拿到的STEP-MAX10 开发板上搭载的FPGA型号为10M08SAM153C8G



在新建的LED工程下新建设计文件,文件类型选择自己擅长的,这里选择的是Verilog HDL。


保存LED闪烁的代码,执行分析综合,没有错误的话可以通过RTL Viewer查看到生成的RTL电路。



之后进行管脚约束,比如将FPGA上不需要用到的管脚都设置为触发输入状态,另外这里都将I/O口的电平设置为3.3V LVTTL。这些设置完成,紧接着将上面LED代码中设置的管脚进行配置,这个就可以查看文章一开始展示的开发板的引脚信号定义,这里选择交互闪烁开发板上的LD1以及LD8,也就是对应FPGA的N15跟K11。



管脚分配完成之后就可以执行编译了,编译没有错误的话就能进入下载步骤,其中下载的时候需要在硬件设置中选择相应的USB-Blaster(USB-0)下载器,模式为JTAG,下载文件可以选择输出的.sof或者.pof文件,sof文件也就是下载到SRAM里,是掉电会消失,一般用于调试,而pof文件是掉电不会消失,做产品应用之用。



开发板实际运行结果LED1,LED2(对应板卡上的LD1、LD8)交互闪烁。



当然,这只是入门级的LED闪烁的程序,上面也只是展示了整个工程开发的流程,对于复杂的工程开发需要预仿真和后仿真等,保证最终的程序设计逻辑和时序符合我们的设计要求。


另外,小脚丫STEP-MAX10开发板还可以配合多功能的底板实现更多功能的操作控制。而且此时笔者手上的这款板卡逻辑资源是非常丰富的,完全可以实现Altera的Nios2 软核功能,这些部分将在小脚丫STEP-MAX10 FPGA开发板评测(二)中继续为大家展示。


小结


基于Intel Altera MAX10系列FPGA的小脚丫STEP-MAX10 FPGA开发板不仅具备小巧精致的外观、开箱上电即可使用的便利,而且可以作为独立功能的模块使用在底板STEP-Baseboard上实现更多功能的拓展,这无论对于初入手FPGA的学生来说,还是想做项目开发的工程师来说,甚至是精于各种DIY的电子发烧友来说,都是学习开发FPGA产品的利器之一。


另外,据官方提供的消息,到今年6月份将会有一批围绕小脚丫FPGA开发板的扩展功能模块推出,同时打通了同树莓派、Arduino的生态系统。并将ARM Cortex-M0、RISC-V等内核移植到小脚丫FPGA中,一套软硬件都开源的数字学习系统将很快成型,这样的平台不仅结合了目前主流开源硬件的优势,而且还打破以往封闭的FPGA学习环境,小脚丫FPGA开发板带来的颠覆性改变还是非常值得大家期待的。


—— 图文推荐 ——


树莓派杀手?FriendlyElec推30美元的NanoPi M1 Plus