SoCrates – nowatorski komputer embedded z SoC: dwurdzeniowy Cortex-A9 i FPGA

Kolejnym niebagatelnym rozwiązaniem zastosowanym w prezentowanym zestawie jest 2-kanałowy przetwornik A/C S-D i 2-kanałowy przetwornik C/A, które zaimplementowano w rekonfigurowalnej części FPGA. Zasadę działania tych przetworników zilustrowano na rysunku 8.

Rys. 8. Schematy blokowe przetworników A/C i C/A zaimplementowanych jako IPcore’y w zestawie SoCrates

W ich działaniu wykorzystano komparatory analogowe linii wejściowych LVDS. Parametry tak wykonanego przetwornika A/C umożliwiają jego wykorzystanie w aplikacjach audio, bowiem przy częstotliwości sygnału 15 kHz uzyskiwany odstęp sygnału od szumu wynosi 53 dB, a zniekształcenia harmoniczne THD nie przekraczają wartości 0,01%. Na rysunku 9 pokazano schemat elektryczny linii ADCin i DACout – pozostała część torów przetwarzania została zaimplementowana w FPGA.

Rys. 9. Schemat elektryczny obwodów wejściowych i wyjściowych przetworników A/C i C/A w zestawie SoCrates

Pozostałe elementy tworzące otoczenie SoC, jak konwerter UART/USB (TUSB3410 z oferty Texas Instruments), interfejs fizyczny CAN (TJA1145 – interfejs High Speed CAN z dekoderem protokołu CAN – z oferty NXP), cyfrowy sensor temperatury (LM74 z oferty Texas Instruments) czy RTC (M41T82M – STMicroelectronics) z podtrzymaniem zasilania za pomocą kondensatora o dużej pojemności (gold-cap), należą do grona podzespołów o standardowych cechach, nie będziemy im poświęcać miejsca.

Ważną dla użytkowników częścią wyposażenia zestawu SoCrates są zastosowane w nim złącza. Użytkownik może wygodnie korzystać ze złącza Observer Connector służącego do dołączenia kamery CMOS, dostępne są na nim także linie LVDS, asymetryczne I/O oraz linie zasilania, które można wykorzystać we własnej aplikacji.

Na osobne złącze – co ciekawe, jego piny rozmieszczono w bardzo rzadkim jak na ten zestaw rastrze 2,54 mm – wyprowadzono linie wejściowe torów A/C i wyjściowe obydwu torów C/A.

Linie I/O układu SoC wyprowadzono na dwa 4-stykowe złącza zamocowane od spodu płytki zestawu, od spodu PCB zamontowano także złącze z liniami LVDS dla modułu wyświetlacza LCD-TFT. Rozmieszczenie złącz pokazano na fotografii 4.

Prezentowany zestaw jest dostarczany z kartą microSD z systemem opercyjnym Linux (Debian Wheezy 7.0), dostępne są także dodatkowe narzędzia, w tym: pakiet programów narzędziowych (Altera SoC Embedded Design Suite (EDS), ARM Development Studio 5) oraz konsola systemowa, z poziomu której można modyfikować parametry pracy komputera zaimplementowanego w SoC. Szykowany jest także Android, który powinien być dostępny w pełnej dystrybucji jeszcze w tym roku.

Opcjonalnym rozszerzeniem sprzętowym zestawu SoCrates mogą być – poza wspomnianymi wcześniej modułami kamer CMOS-CCD oraz wyświetlacza LCD-TFT – także moduły ekspanderów o nazwie SoCrates-Phy1, które wyposażono w dwa kanały Ethernet 10/100. Zastosowanie tego ekspandera pozwala stosować zestaw SoCrates w projektach przemysłowych, wykorzystujących protokoły sieciowe Profibus, Modbus TCP/IP, Ethernet Powerlink oraz Profinet.