用CoolRunner-II CPLD 降低设计难度 - Xilinx
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技 术 长 廊<br />
用 CoolRunner-<strong>II</strong> <strong>CPLD</strong><br />
<strong>降低设计难度</strong><br />
用 CoolRunner-<strong>II</strong> <strong>CPLD</strong> 入门套件提高易用性<br />
作者:Arthur Yang<br />
<strong>Xilinx</strong> 公司<br />
Micro Scale 部技术营销经理<br />
arthur.yang@xilinx.com<br />
您注视着示波器上平坦坦的线条,<br />
沮丧地摇摇头。您一遍遍翻阅桌上的数<br />
据手册,一次次检查输入波形和引脚连<br />
接。时间一分一秒地过去,已经六点多<br />
了;您长叹一声,无奈地拿起电话。又<br />
要开夜车了,陪伴您的是各式电烙铁、<br />
五颜六色的显示屏曲线和外卖匹萨饼。<br />
多么悲惨的周五之夜!<br />
用新器件进行原型开发大可不必令<br />
人如此头疼。试想,如果能有使用方便<br />
且价格低廉的全功能设计套件该多好。<br />
该套件具有多种可视输出、状态值显示<br />
LED、计数器和状态机数字显示器以及<br />
文字信息字符显示器。它还具备用来测<br />
试接口标准和外设的若干 I/O 端口以及<br />
用户界面按钮和开关。该套件可轻而易<br />
举地提供功耗读数,并可与 PC 连接,<br />
使软件人员能与之交互操作。而且,该<br />
套件价格足够低廉,丝毫不影响预算。<br />
<strong>Xilinx</strong> 与 Digilent 公司共同努<br />
力,合作推出了新型 CoolRunner -<strong>II</strong><br />
入门套件,从此使您梦想成真。<br />
赛灵思中国通讯 28 期 © 2008 <strong>Xilinx</strong> Inc. 版权所有。XILINX、<strong>Xilinx</strong> 标志以及本文件中包括的其他品牌名称,是 <strong>Xilinx</strong>, Inc. 的商标。所有其他商标都是其各自所有者的财产。
CoolRunner-<strong>II</strong> <strong>CPLD</strong> 的低功耗<br />
功能<br />
CoolRunner-<strong>II</strong> <strong>CPLD</strong> 入门套<br />
件的核心是具有 256 个宏单元的<br />
CoolRunner-<strong>II</strong> <strong>CPLD</strong>,这是一种超低功<br />
耗的可编程逻辑器件。CoolRunner-<strong>II</strong><br />
系列的静态供电电流只有 13 µA,并且<br />
具有可帮助降低动态功耗的多种设计功<br />
能。我们简要讨论其中的时钟分频器和<br />
DataGATE 这两项功能。<br />
从具有 128 个宏单元的器件起,<br />
CoolRunner-<strong>II</strong> 器件内置了时钟分频器<br />
电路。此器件不仅能节省用户逻辑,还<br />
能降低可能不必全速运行的时钟 的 频<br />
率 ,从而降低功耗。时钟 分 频 器提供<br />
2、4、6、8、10、12、14 和 16 分<br />
频 ,并且直 接输出到 全 局 时 钟网络。<br />
如果与双沿触发寄存器配套使用,还能<br />
获得奇数值分频。<br />
DataGATE 实际上是个三态输入控<br />
制端口。当信号在某 I/O 引脚翻转时,<br />
电流流过该 I/O 的晶体管,同时流过<br />
<strong>CPLD</strong> 中的所有迹线。在空闲和非关注<br />
状态等许多 情况下,可以忽略特定<br />
I/O。 在 这 类情况下,可以关闭 不必要<br />
的输入,以节省电流。<br />
DataGATE 对于上升或下降时间较<br />
长的信号也很有用。当 引脚电压约为<br />
VCCIO 的一半时,I/O 晶体管的功耗最<br />
大。您可以使用 DataGATE 定时开启<br />
某输入,以便对其状态进行采样,然后<br />
将 其关闭 以 节省功 率 。如果没 有<br />
DataGATE,很慢的开关信号就会浪费<br />
数毫安电流。<br />
CoolRunner-<strong>II</strong> <strong>CPLD</strong> 套件的<br />
功能<br />
CoolRunner-<strong>II</strong> <strong>CPLD</strong> 入门套件有八<br />
个外设模块扩展端口,每 端口有四 个<br />
I/O 引脚。这些端口中的每一个都可以<br />
接受 29 个外设模块 (PMod) 中的任一<br />
模块。电路板本身有两个按钮,而套件<br />
带有方形开关、PS/2 接插件和双七段<br />
显示器这三种 PMod,能使您尽快入<br />
门。<br />
您不必花费时间和金钱,即可从<br />
PMod 获得高度灵活性。这意味着不<br />
再浪费时间在实验电 路板上 焊装器<br />
件,不再为从不使用的板 上以太网<br />
PHY 付出代价,也不必购买昂贵的<br />
编程电缆或设计软件。只需购买您的<br />
项目所需的模块,然后将其插入任意<br />
I/O 扩展端口即可。只要更新设计<br />
文件中的引脚约束,然后就万事俱备<br />
了。<br />
用户界面上有几个 PMod。有简<br />
单的开关(如方形开关、按钮或旋转<br />
开关)和较复杂的 PMod(如用来连<br />
接标准 PS/2 键盘的 PS/2 转接<br />
器)。甚至还有一个允许使用 UART<br />
传输数据的 RS232 适配器。<br />
对于显示功能,电路板自带若干<br />
LED,另外还提供了双七段显示器。<br />
有一个 16 x 2 字符显示器 PMod,<br />
用来提供更详细的显示。<br />
可用的 PMod 简列于下:<br />
模数转换:两个 12 位<br />
1 MSPS A/D<br />
数模转换:两个 12 位<br />
1 MSPS D/A<br />
16Mb SPI Flash<br />
红外线探测器<br />
直流电机驱动 H 型桥接器<br />
扬声器/耳机放大器<br />
伺服电机连接器<br />
XMeter:内置功耗测量<br />
低功耗操作是 CoolRunner-<strong>II</strong><br />
<strong>CPLD</strong> 的最重要功能之一。较热门的<br />
演示之一是“水果供电”演示,其中<br />
我们用由几片柚子产生的电流来驱动<br />
器件。<br />
但水果不能取代 AAA 电池,<br />
所以您需要有准确测定设计工作寿命<br />
的方法。功耗估计器有其用武之地,<br />
但关键是要测量实际值。<br />
技 术 长 廊<br />
CoolRunner-<strong>II</strong> <strong>CPLD</strong> 入门套件内置实时功耗测量与报告<br />
功能。XMeter 程序读出 1.8V 电源的功耗测量值,并且<br />
将数据实时绘制成曲线图。<br />
CoolRunner-<strong>II</strong> <strong>CPLD</strong> 入门套件内<br />
置实时功耗测量与报告功能。XMeter<br />
程序读出 1.8V 电源的功耗测量值,并<br />
且将数据实时绘制成曲线图。图 1 所<br />
示为运行中的 XMeter 程序。样本设计<br />
在 全 频率运行时消 耗的电流是<br />
200µA;启用 DataGATE 后,所耗电<br />
流下降到约 86µA。<br />
请注意,DataGATE 的节电效果完<br />
全取决于设计。您可以根据设计要求以<br />
多种不同方式实现 DataGATE,所以,<br />
预期的节电效果会与此示例有所不同。<br />
使用 XMeter,可以方便地加载代<br />
码的不同版本,并且确定哪个版本具有<br />
最佳功耗曲线,从而在功耗优化过程中<br />
免去揣测之劳。<br />
PC 与套件通信<br />
套件附带的编程电缆是标准 USB<br />
对小型 USB 转接电缆,任何电子器材<br />
商店均有售。数码相机或移动电话或许<br />
图 1 - 用 XMeter 显示<br />
DataGATE 的节电效果<br />
2008 年春季刊
也会附带这种电缆。PC 与电路板之间<br />
的 JTAG 通信是通过 Cypress EZ-USB<br />
芯片进行处理,所以,给电路板编程可<br />
能需要使用 Digilent 的 Export 编<br />
程软件。(电路板支持用 iMPACT 编<br />
程,但 这 需 要套件中未 包括的另 一条<br />
<strong>Xilinx</strong> 编程电缆。)<br />
这种通信方法的优点是,您可以通<br />
过应用程序编程界面 (API) 编写自己的<br />
PC 程序并且与 <strong>CPLD</strong> 直接通信。图 2<br />
所示为用来读写 CoolRunner-<strong>II</strong> <strong>CPLD</strong><br />
内部寄存器的程序。<br />
结论<br />
技 术 长 廊<br />
图 2 - PC 应用程序与 CoolRunner-<strong>II</strong> <strong>CPLD</strong> 通信<br />
CoolRunner-<strong>II</strong> <strong>CPLD</strong> 入门套件针<br />
对低功耗操作进行了优化,为原型开发<br />
排除了许多障碍。预制的模块无需焊接<br />
下一步(请点击下列资料了解详细内容)<br />
订购 CoolRunner-<strong>II</strong> <strong>CPLD</strong> 入门套件。<br />
赛灵思中国通讯 28 期<br />
即可插入电路板,因此提高了易用性。<br />
此套件的建议零售价不到 50 美元。电<br />
路板上的每 个 芯片都是针对低功耗<br />
精选的,并且内置了功耗测量功能,因<br />
此可以方便地进行功耗标准测试和设计<br />
评估。此套件具有低功耗、低成本、全<br />
功能、易用和无折损的特点。请立即从<br />
夜车中解脱出来吧!<br />
阅读白皮书《CoolRunner-<strong>II</strong> DataGATE 的实际价值》,以了解 DataGATE<br />
的节电功能。<br />
查看可用 PMod 的完整列表。<br />
下载 Digilent Adept SDK API 并传输设计。