Thiết kế hệ thống xử lý ảnh video trên FPGA (CycloneII), chương 8

Chia sẻ: Tran Van Duong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

182
lượt xem 50
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mạch UP2 được thiết kế để đáp ứng nhu cầu của các trường đại học trong việc giảng dạy thiết kế logic với các công cụ phát triển và các thiết bị logic có thể lập trình được (PLDs). Mạch UP2 hoạt động dựa vào chip FLEX10K và chip MAX7000. Khi được sử dụng với phần mềm MAX + PLUS II, mạch cung cấp nền tảng mạnh hơn cho các thiết kế logic số đang sử dụng công cụ phát triển theo chuẩn công nghiệp và các PLD. Mạch UP2 hỗ trợ cả bảngdò tìm (LUT) cơ bản và giới...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế hệ thống xử lý ảnh video trên FPGA (CycloneII), chương 8

Chương 8: MOÂ TAÛ KIT I. Giôùi thieäu Maïch UP2 ñöôïc thieát keá ñeå ñaùp öùng nhu caàu cuûa caùc tröôøng ñaïi hoïc trong vieäc giaûng daïy thieát keá logic vôùi caùc coâng cuï phaùt trieån vaø caùc thieát bò logic coù theå laäp trình ñöôïc (PLDs). Maïch UP2 hoaït ñoäng döïa vaøo chip FLEX10K vaø chip MAX7000. Khi ñöôïc söû duïng vôùi phaàn meàm MAX + PLUS II, maïch cung caáp neàn taûng maïnh hôn cho caùc thieát keá logic soá ñang söû duïng coâng cuï phaùt trieån theo chuaån coâng nghieäp vaø caùc PLD. Maïch UP2 hoã trôï caû baûngdoø tìm (LUT) cô baûn vaø giôùi haïn cô baûn caùc caáu truùc. EPF10K70 coù theå ñöôïc ñònh caáu hình trong heä thoáng vôùi caùp taûi ByteBlaster II hoaëc thieát bò ñònh caáu hình EPC1. EPM7128S laäp trình ñöôïc trong heä thoáng vôùi caùp taûi ByteBlaster II. Maïch UP2 coù caùc ñaëc ñieåm sau:  Chip EPM7128S hoï Max7000  Chip EPF10K70 hoï FLEX10K  Boä connector môû roäng cho MAX7000S vaø FLEX10K  Hoã trôï 2 led 7 ñoaïn cho MAX7000S vaø FLEX10K
 16 led cho MAX7000S vaø FLEX10K  Caùc SWITCH ngoõ vaøo  JTAG chain, caùp taûi ByteBlaster II  Nguoàn 5V  Coång giao tieáp P/S2  Coång VGA  Boä taïo dao ñoäng 25.17 MHz 1. Chip EPM7128S Chip EPM7128S, moät linh kieän thuoäc hoï MAX7000 coù maät ñoä cao, hoaït ñoäng maïnh, ñöôïc döïa vaøo caùc yeáu toá cuûa boä nhôù ROM xoaù vaø laäp trình ñöôïc baèng ñieän (EEPROM). Chip EPM7128S coù moät socket ñöôïc laép vaøo chip carrier J-lead 84 chaân vaø coù 128 macrocell. Moãi macrocell coù moät maûng AND/OR coá ñònh coù theå laäp trình cuõng nhö moät thanh ghi caáu hình ñöôïc vôùi xung laäp trình ñoäc laäp, xung enable, clear vaø caùc haøm ñònh saün. Vôùi 2500 coång vaø caáu truùc ñôn giaûn, chip EPM7128S laø yù töôûng cho caùc thieát keá môû ñaàu cuõng nhö toå hôïp caùc haøm logic lieân tuïc. 2. Chip EPF10K70 Chip EPF10K70 döïa treân coâng ngheä SRAM. Noù coù giaù trò trong package RQFP 240 chaân, coù 3744 phaàn töû logic (LEs: logic elements) vaø 9 EABs (Embedded Array Blocks). Moãi LE goàm 4 ngoõ vaøo LUT, moät Flip Flop laäp trình ñöôïc vaø caùc ñöôøng daãn tín hieäu ñaõ bieát ñoái vôùi haøm löu tröõ vaø vaän chuyeån. Moãi EAB cung caáp 2048 bits cuûa boä nhôù coù theå ñöôïc söû duïng ñeå taïo ra RAM, ROM hoaëc caùc haøm FIFO. Hôn nöõa, EABs coù theå thi haønh caùc haøm logic nhö: boä nhaân, vi ñieàu khieån, traïng thaùi cuûa maùy vaø caùc haøm xöû lyù tín hieäu soá (DSP). Vôùi 70,000 coång ñieån hình,
chip EPF10K70 laø yù töôûng trung gian ñeå phaùt trieån hôn nöõa caùc quaù trình thieát keá soá bao goàm kieán truùc maùy tính, vieãn thoâng vaø öùng duïng cuûa DSP. 3. Caùp taûi coång song song ByteBlaster II Caùc thieát keá coù theå ñöôïc taûi nhanh choùng vaø deã daøng vaøo maïch UP2 baèng caùch söû duïng caùp taûi ByteBlaster II. Caùp ByteBlaster II laø moät giao dieän phaàn cöùng ñoái vôùi coång song song chuaån. Caùp naøy göûi döõ lieäu laäp trình hoaëc döõ lieäu caáu hình giöõa phaàn meàm MAX + PLUS II vaø caùc maïch UP. Vì söï thay ñoåi cuûa caùc thieát keá ñöôïc taûi tröïc tieáp ñeán caùc thieát bò treân maïch neân caùc maãu thieát keá ñôn giaûn vaø phöùc taïp coù theå ñöôïc thöïc hieän thaønh coâng nhanh choùng. II. Moâ taû KIT Maïch UP2, ñöôïc trình baøy trong hình 1, chöùa caùc ñaëc tính moâ taû beân döôùi: Hình 1: Caáu taïo KIT UP2 1. Loái vaøo nguoàn RAW vaø nguoàn DC Loái vaøo nguoàn DC nhaän ñaàu noái aâm 2.5mm*5.55mm vôùi möùc ñieän theá töø 7 ñeán 9V ôû cöôøng ñoä nhoû nhaát 350mA. Loái vaøo nguoàn RAW goàm hai loã ñeå noái vôùi nguoàn coá ñònh. Loã ñöôïc ñaùnh
daáu (+) laø loái vaøo döông; loã ñaùnh daáu (-) laø duøng cho maïch chung. 2. Boä dao ñoäng Maïch UP chöùa boä dao ñoäng trong suoát coù taàn soá 25.175 Mhz. Loái ra cuûa boä dao ñoäng truyeàn moät loái vaøo xung toaøn cuïc treân chip EPM7128S ôû chaân 83 vaø loái vaøo xung toaøn cuïc treân chip FLEX 10K ôû chaân 91. 3. Header JTAG_IN Ñaàu caém treân caùp taûi ByteBlaster II noái vôùi header JTAG_IN goàm10 chaân treân maïch UP. Maïch cung caáp nguoàn vaø mass ñeán caùp taûi ByteBlaster II. Döõ lieäu ñöôïc dòch vaøo trong caùc linh kieän thoâng qua chaân TDO. Baûng 1 xaùc ñònh teân cuûa chaân JTAG_IN khi ByteBlaster II ñang hoaït ñoäng ôû cheá ñoä JTAG (Joint Test Action Group) Chaân Tín hieäu JTAG 1 TCK 2 GND 3 TDO 4 VCC 5 TMS 6 No connect 7 No connect 8 No connect 9 TDI 10 GND Baûng 1: Chaân ra cuûa header JTAG_IN 10 chaân 4. Caùc Jumper Maïch UP coù 4 jumper 3 chaân (TDI, TDO, DEVICE vaø BOARD) ñeå thieát laäp caáu hình JTAG. JTAG chain coù theå ñöôïc
thieát laäp cho nhieàu caáu hình (ví duï: chæ ñeå caáu hình cho chip EPM7128S hoaëc chæ caáu hình cho chip FLEX10K hoaëc caáu hình cho caû hai chip, hoaëc laø noái nhieàu maïch UP vôùi nhau. Hình 2 trình baøy caùc vò trí cuûa 3 boä noái (C1, C2, vaø C3) treân moãi phaàn cuûa 4 Jumper. Hình 2: Vò trí boä noái C1, C2 vaø C3 Hoaït ñoäng theo yeâu caàu TDI TDO DEVICE BOARD Chæ caáu hình cho C1 &C2 C1 &C2 C1 &C2 C1 &C2 EPM7128S Chæ caáu hình cho C2 & C2 & C3 C1 &C2 C1 &C2 FLEX10K C3 Caáu hình cho caû C2 & C1 &C2 C2 & C3 C1 &C2 EPM7128S vaø C3 FLEX10K(1) Keát noái nhieàu board vôùi C2 & OPEN C2 & C3 C2 & C3 nhau (2) C3 Baûng 2: Xaùc ñònh cho vieäc thieát laäp jumper cho moãi caáu hình  Chuù yù: (1): Linh kieän ñaàu tieân trong JTAG chain laø thieát bò FLEX 10K vaø linh kieän thöù 2 laø EPM7128S (2): Linh kieän ñaàu tieân trong JTAG chain laø FLEX 10K vaø linh kieän thöù hai laø EPM7128S. Maïch cuoái cuøng trong JTAG chain phaûi ñöôïc thieát laäp cho caáu hình maïch ñôn (ví duï: chæ caáu hình cho chip EPM7128S, chæ caáu hình cho chip FLEX 10K,
hoaëc caáu hình cho caû hai chip). Maïch cuoái cuøng khoâng ñöôïc thieát laäp ñeå noái nhieàu maïch vôùi nhau. Trong suoát quaù trình caáu hình, led xanh CONF_D seõ taét vaø led xanh TCK seõ ñieàu chænh ñeå cho bieát döõ lieäu ñang ñöôïc chuyeån. Sau khi thieát bò ñaõ ñöôïc caáu hình xong thì led CONF_D seõ saùng 5. Chip EPM7128S Maïch UP2 cung caáp caùc taøi nguyeân sau cho chip EPM7128S:  PLCC 84 chaân ñaët socket  Caùc chaân tín hieäu ñöôïc pheùp söû duïng thoâng qua caùc header  Söï keát noái JTAG chain vôùi caùp taûi ByteBlaster II  Hai coâng taéc nuùt aán taïm thôøi  Voû hai haøng chaân coâng taéc thuoäc heä 8  16 LED  Hai LED 7 ñoaïn  Boä dao ñoäng (25.175 MHz)  Coång môû roäng vôùi 42 chaân I/O vaø caùc chaân toaøn cuïc CLR, OE1, OE2/GCLK2 Caùc chaân cuûa chip EPM7128S khoâng ñöôïc gaùn laïi ñoái vôùi caùc coâng taéc vaø caùc LED, nhöng ñöôïc noái ñeán caùc header. Vôùi caùc chaân truy xuaát tröïc tieáp, ta coù theå taäp trung vaøo quy taéc thieát keá cô baûn vaø naém ñöôïc chöông trình cuûa caùc chaân I/O vaø caùc PLD. Sau khi bieân dòch vaø kieåm tra thieát keá thaønh coâng baèng phaàn meàm MAX+PLUS II, ta coù theå deã daøng noái caùc chaân I/O ñaõ gaùn ñeán caùc coâng taéc vaø led baèng caùch söû duïng daây hook_up. Sau ñoù taûi caùc thieát keá vaøo linh kieän vaø moâ phoûng caùc thieát keá ñoù. a. Caùc header
Caùc header cuûa chip EPM7128S bao quanh linh kieän vaø cung caáp truy xuaát ñeán caùc chaân tín hieäu cuûa linh kieän. Caùc chaân 21 treân moãi caïnh cuûa voû PLCC 84 chaân noái ñeán moät trong nhöõng header sau: chaân 22, hai haøng header 0.1 inch. Soá chaân cuûa chip EPM7128S ñöôïc ghi treân maïch UP2 (“X” cho bieát chaân khoâng xaùc ñònh). Baûng 3 lieät keâ soá chaân cuûa 4 header: P1, P2, P3 vaø P4. Caùc chaân tín hieäu nguoàn cao theá, mass vaø JTAG khoâng ñöôïc söû duïng thoâng qua caùc header caùi naøy. P1 P2 P3 P4 Outsid Insid Outsid Insid Outsid Insid Outsid Insid e e e e e e e e 75 76 12 13 33 34 54 55 77 78 14 15 35 36 56 57 79 80 16 17 37 38 58 59 81 82 18 19 39 40 60 61 83 84 20 21 41 42 62 63 1 2 22 23 43 44 64 65 3 4 24 25 45 46 66 67 5 6 26 27 47 48 68 69 7 8 28 29 49 50 70 71 9 10 30 31 51 52 72 73 11 x 32 x 53 x 74 x Baûng 3: caùc chaân cuûa moãi header (Chuù yù: inside laø haøng header gaàn linh kieän nhaát; outside laø haøng header xa linh kieän nhaát) b. Nuùt aán MAX_PB1 vaø MAX_PB2 MAX_PB1 vaø MAX_PB2 laø 2 nuùt aán caáp caùc tín hieäu hoaït ñoäng ôû möùc thaáp vaø keùo leân thoâng qua caùc ñieän trôû 10 KΩ. Vieäc keát noái ñeán caùc tín hieäu naøy ñöôïc thöïc hieän deã daøng baèng caùch caém moät ñaàu daây hook_up vaøo header cuûa nuùt aán. Ñaàu coøn laïi
cuûa daây seõ ñöôïc caém vaøo header thích hôïp ñaõ gaùn cho chaân I/O cuûa chip EPM7128S. c. Coâng taéc MAX_SW1 vaø MAX_SW2 MAX_SW1 vaø MAX_SW2, moãi caùi goàm 8 coâng taéc caáp caùc möùc tín hieäu logic. Caùc coâng taéc naøy keùo leân thoâng qua caùc ñieän trôû 10KΩ. Vieäc keát noái ñeán caùc tín hieäu ñöôïc thöïc hieän deã daøng baèng caùch caém moät ñaàu cuûa daây hook_up vaøo header cuûa nuùt aán. Ñaàu coøn laïi cuûa daây seõ ñöôïc caém vaøo header thích hôïp ñaõ gaùn cho chaân I/O cuûa EPM7128S. Loái ra cuûa coâng taéc ñöôïc thieát laäp ôû möùc logic 1 khi môû coâng taéc vaø thieát laäp möùc logic 0 khi ñoùng coâng taéc. d. Caùc led D1 ñeán D16 Maïch UP goàm 16 led ñöôïc keùo leân vôùi ñieän trôû 330KΩ. Caùc led naøy ñöôïc taùc ñoäng ôû möùc 0. Caùc led töø D1 ñeán D8 ñöôïc noái töông töï lieân tieáp ñeán caùc header (ví duï: D1 ñöôïc noái ñeán vò trí 1, D2 ñöôïc noái ñeán vò trí 2, …). Caùc led töø D9 ñeán D16 cuõng ñöôïc noái töông töï lieân tieáp ñeán caùc header (ví duï: D9 ñöôïc noái ñeán vò trí 1 vaø D10 ñöôïc noái ñeán vò trí 2, …) nhö hình veõ beân döôùi: Hình 3: caùc vò trí cuûa LED e. MAX_DIGIT MAX_DIGIT laø 2 con soá cuûa LED 7 ñoaïn ñöôïc noái tröïc tieáp ñeán EPM7128S baèng caùch truyeàn möùc logic 0 ñeán chaân I/O ñaõ noái vôùi EPM7128S. Hình 4 cho bieát teân cuûa moãi ñoaïn.
Hình 4: Teân caùc ñoaïn LED Ñoaïn hieån thò Chaân cho led1 Chaân keát cho led2 a 58 69 b 60 70 c 61 73 d 63 74 e 64 76 f 65 75 g 67 77 Decimal point 68 79 Baûng 4: Lieät keâ caùc chaân keát noái ñeán cuûa moãi ñoaïn f. MAX_EXPANSION MAX_EXPANSION laø 2 haøng giao tieáp môû roäng ñeå truy xuaát caùc chaân tín hieäu I/O vaø caùc tín hieäu toaøn cuïc treân linh kieän EPM7128S, nguoàn cao theá vaø mass. Hình 5 cho bieát quy öôùc soá cho caùc giao tieáp. Hình 5: quy öôùc soá caùc giao tieáp cuûa MAX_EXPANSION Baûng 5: Lieät keâ teân tín hieäu vaø caùc chaân cuûa EPM7128S noái ñeán caùc giao tieáp
Soá thöù töï giao Tín Soá thöù töï giao Tín tieáp hieäu/chaân tieáp hieäu/chaân 1 RAM 2 GND 3 VCC 4 GND 5 VCC 6 GND 7 No connect 8 No connect 9 No connect 10 No connect 11 No connect 12 GCLRn/1 13 OE1/84 14 OE2/GCLK2 /2 15 4 16 5 17 6 18 8 19 9 20 10 21 11 22 12 23 15 24 16 25 17 26 18 27 20 28 21 29 22 30 25 31 24 32 27 33 29 34 28 35 31 36 30 37 33 38 34 39 35 40 36 41 37 42 40 43 39 44 41 45 44 46 46 47 45 48 48 49 50 50 49 51 52 52 51 53 54 54 55
55 56 56 57 57 VCC 58 GND 59 VCC 60 GND