Od pewnego czasu mamy już XXI wiek a – ku mojemu zdumieniu – układy FPGA nadal uchodzą za niezwykle trudne w użyciu, wymagające dużej wiedzy i kosztowne podzespoły. Zestaw MAXimator (opracowany i produkowany w Polsce!) z układem FPGA z rodziny MAX10 firmy Altera zaprzecza dotychczasowym poglądom i – sami się przekonajcie – bardzo skutecznie!

Projekt MAXimator powstał dzięki współpracy firm:

Produkcja PCB http://www.ncabgroup.com/pl/	Montaż podzespołów http://www.semicon.com.pl	Projekt, produkcja i support http://www.kamami.pl

Układy FPGA MAX10 http://www.altera.com	Podzespoły http://www.ebv.com

Zestaw MAXimator (FPGA firmy Altera z rodzny MAX10) oferuje użytkownikom przełomowe cechy: wyposażono go w duży FPGA, jest zgodny mechanicznie ze standardem Arduino Uno, jest tani i przy tym doskonale wyposażony, do tego producent zadbał o przyzwoity support techniczny, w postaci dedykowanej strony, dostępnej pod adresem http://maximator-fpga.org.

Zestaw MAXimator prezentowaliśmy już w naszym portalu, przypomnę tylko, że zastosowany w nim nowoczesny układ FPGA udostępnia użytkownikom duże zasoby logiczne (m.in. ponad 8000 komórek LE, 378 kb konfigurowalnej pamięci, 1376 kb wewnętrznej pamięci Flash dla aplikacji użytkownika, wewnętrzną pamięć konfiguracji Flash, wewnętrzny generator sygnału zegarowego, wbudowany 12-bitowy przetwornik ADC o częstotliwości próbkowania 1 MHz, 2 wewnętrzne wielokanałowe syntezery PLL, które mogą także spełniać rolę dzielników częstotliwości).

Płytka MAXimator została przez producenta wyposażona w złącza zgodne z Arduino Uno Rev 3, wyposażonymi na liniach cyfrowych w translatory poziomów napięć 3,3/5 V, które umożliwiają współpracę zestawu ze standardowymi shieldami Arduino, zasilanymi napięciem 5V. Na złącza Arduino wprowadzono także 5 kanałów ADC (12 bitów/1 MSPS) z ochroną nadnapięciową, która zabezpiecza linie wejściowe przed przekroczeniem zakresu pomiarowego ADC, który wynosi 0…+2,5 V.

Fot. 1. Wygląd zestawu MAXimator (strona supportowa: http://maximator-fpga.org)

Wygląd zestawu MAXimator pokazano na fotografii 1. Jak widać, w skład zestawu wchodzi nie tylko płytka bazowa, ale także:

• shield w formacie Arudino z wyświetlaczami LED, diodami RGB WS2812B, czujnikiem temperatury i przyciskami,

• programator zgodny z USB Blasterem.

Zestaw MAXimator jest przystosowany do zasilania napięciem 5V ze złącza USB lub napięcia o tej samej wartości doprowadzonego do pinu na listwie PWR złącza Arduino Uno Rev. 3, oznaczonego symbolem +5V. Linia zasilająca jest zabezpieczona bezpiecznikiem polimerowym, który chroni interfejs USB zasilający zestaw przed przeciążeniem. Z napięcia 5V w zestawie MAXimator są wytwarzane 3 napięcia niezbędne do prawidłowej pracy FPGA (1,2, 2,5 oraz 3,3 V). Są one wytwarzane w MAXimatorze za pomocą miniaturowych przetwornic DC/DC z serii Altera Enpirion, oznaczonych symbolem EP5388QI.

Firma Altera opracowała własne środowisko projektowe dla produkowanych przez siebie układów FPGA, które nosi nazwę Quartus Prime. Jest ono dostępne w trzech wersjach o odmiennych funkcjonalnościach, z których jedna wersja – Lite – jest dostępna bezpłatnie, pozostałe dwie (Standard i Pro) są dostępne komercyjnie. Do nauki projektowania w FPGA w zupełności wystarcza bezpłatna wersja Lite, która bez istotnych wyłączeń obsługuje możliwości układów MAX10, oferując bogatą gamę predefiniowanych elementów bibliotecznych. Dostępne są zarówno funkcjonalne odpowiedniki rodziny układów TTL, często stosowane bloki (liczniki, multipleksery, demultipleksery, pamięci) z możliwością łatwej parametryzacji przez użytkownika, a także spora gama IP Core’ów, które łącznie upraszczają implementację projektów i to zarówno budowanych w którymś z języków HDL jak i definiowanych za pomocą edytora schematów. Na takim właśnie sposobu przygotowania projektów skupimy się w naszym cyklu – zapewnia on bowiem dużą przejrzystość struktury projektu, łatwe zarządzanie zmianami i jego rozbudową, jest także bliskie elektronikom, ze względu na bliskość metody implementacji projektu z projektowaniem standardowych urządzeń dla elektroników z tym, że zamiast projektu PCB implementujemy moduły cyfrowe w FPGA.

Rys. 2. Pierwszy etap pobierania pakietu Quartus Prime – wybieramy opcję Downloads na stronie altera.com