Некоторое время назад появилась в моем распоряжении плата Raspberry Pi3. Ее возможности действительно впечатляют: и быстрый четырехядерный процессор, и встроенные аппаратные кодеки/декодики аудио/видео/jpeg, сеть Ethernet/WIFI, USB2, HDMI… Прямо настоящий компьютер. Очень круто, что есть разъем GPIO, который позволяет разным умельцам подключать что-то свое нестандартное и особенное. Существует огромное число различных плат расшрения, которые устанавливаются на этот разъем: дисплеи, светодиодные экраны, адаптеры для двигателей, платы АЦП…
Я хотел бы немного рассказать об FPGA плате Марсоход2RPI, которая, как и другие платы расширения, подключается к разъему GPIO распберри, и добавляет нашему микрокомпьютеру совершенно новые свойства.
Плата довольно проста. На ней установлены:
- FPGA Cyclone IV EP4CE6E22C8
- логических элементов 6272;
- встроенная память 270Кбит;
- Умножителей 15 (18x18);
- PLL 2;
- Четыре светодиода;
- Три кнопки;
- Кварцевый генератор 100Мгц;
- Возможность установки чипа EPCS4 (для случая, если плата будет использоваться автономно);
- Разъем JTAG (для случая, если плата будет использоваться автономно);
- Два 40 пиновых разъема на каждом по 28 пользовательских GPIO — разъемы совместимые с Raspberry;
- Один 40 пиновый разьем для подключения к Raspbery, на котором можно использовать 24 или 20 GPIO (в зависимости от того, установлен чип EPCS4 или нет).
Плата Марсоход2RPI устанавливается не над платой Raspberry Pi, а сбоку, через специальный переходник. Это сделано умышленно. Raspberry Pi3 и так довольно сильно греется при загрузке 4-х ядер, накрывать плату сверху кажется не очень гуманным с точки зрения охлаждения.
Так можно подключить плату Raspberry Pi2/ Pi3:
А вот так Pi-zero:
Возможно (но это не точно), эту же плату расширения можно будет использовать с OrangePi.
Самое первое применение этой платы, которое приходит на ум — это увеличение количества GPIO сигналов в два раза: был один разъем, а стало два. Нужно только создать и загрузить в ПЛИС нужный проект, ну и управлять входами выходами придется каким-то особым образом, тут вариантов много: последовательный порт, SPI, GPIO, можно задействовать DMA…
Загружать ПЛИС платы Марсоход2RPI можно прямо из Raspberry через JTAG сигналы, которые, конечно, отображаются в GPIO
- tck -> GPIO7
- tms -> GPIO0
- tdi -> GPIO11
- tdo < — GPIO1
Есть такой open source проект OpenOCD, отладчик и дебагер, который позволяет использовать Raspberry как JTAG программатор. OpenOCD — это сервер, его можно запустить, а потом подключаться к нему хоть удаленно телнетом и выполняя команду «svf» можно загрузить образ скомпилированного проекта в ПЛИС. Подробнее об OpenOCD на raspberry pi.
Вот тут как раз видеодемонстрация:
Самый первый «тестовый» проект для платы Марсоход2RPI уже готов, хотя пока не очень впечатляет своей функциональностью. Первый проект для ПЛИС — это обычно всегда «моргание светодиодом», такой своего рода «hello World!» мира микроконтроллеров и FPGA.
Его исходники можно взять на github: github.com/marsohod4you/m2rpi_first
Но и тут, даже в этом простом случае уже есть взаимодействие ПЛИС и микрокомпьютера. Из raspberry можно посылать через последовательный порт в ПЛИС байты, которые меняют скорость моргания светодиода. Более того, первый «тестовый проект» ПЛИС принимает байт из последовательного порта, модифицирует его (добавляет единицу), и отправляет назад. Конечно, довольно примитивное, но уже взаимодействие двух систем ПЛИС и процессора.
Видеодемонстрация:
Это мой первый опыт доступа к ПЛИС из Raspberry. Я думаю, что было бы интересно попробовать делать действительно сложные проекты, как, например, захватывать в распберри кадры от видеокамеры и передавать их по DMA в ПЛИС для обработки. Думаю интересных проектов с этой платой расширения может быть много.
Автор: nckma
