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FPGA与数字系统设计:Spartan-3e指南.doc
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2022-11-28
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FPGA与数字系统设计:Spartan-3e指南.doc
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Spartan-3E Starter Kit Board User Guide
Chapter 1: Introduction and Overview
Chapter 2: Switches, Buttons, and Knob
Chapter 3: Clock Sources
Chapter 4: FPGA Configuration Options
Chapter 5: Character LCD Screen
Chapter 6: VGA Display Port
Chapter 7: RS-232 Serial Ports
Chapter 8: PS/2 Mouse/Keyboard Port
Chapter 9: Digital to Analog Converter (DAC)
Chapter 10: Analog Capture Circuit
Chapter 11: Intel StrataFlash Parallel NOR Flash PROM
Chapter 12: SPI Serial Flash
Chapter 13: DDR SDRAM
Chapter 14: 10/100 Ethernet Physical Layer Interface
Chapter 15: Expansion Connectors
Chapter 16: XC2C64A CoolRunner-II CPLD
Chapter 17: DS2432 1-Wire SHA-1 EEPROM
Chapter 1
:
Introduction and Overview
Spartan-3E初级板使设计人员能够即时利用Spartan-3E系列的完整平
台性能。
设备支持:Spartan-3E、CoolRunner-II
关键特性:Xilinx 器件: Spartan-3E (50万门,XC3S500E-4FG320C),
CoolRunner™-II (XC2C64A-5VQ44C)与Platform Flash
(XCF04S-VO20C)
时钟:50 MHz晶体时钟振荡器
存储器: 128 Mbit 并行Flash, 16 Mbit SPI Flash, 64 MByte DDR
SDRAM
连接器与接口: 以太网10/100 Phy, JTAG USB下载,两个9管脚RS-232
串行端口, PS/2类型鼠标/键盘端口, 带按钮的旋转编码器, 四个滑动开
关,八个单独的LED输出, 四个瞬时接触按钮, 100管脚hirose扩展连接端
口与三个6管脚扩展连接器
显示器: VGA显示端口,16 字符- 2 线式 LCD
电源:Linear Technologies 电源供电,TPS75003三路电源管理IC
市场: 消费类, 电信/数据通信, 服务器, 存储器
应用: 可支持 32 位的 RISC 处理器,可以采用 Xilinx 的 MicroBlaze 以
及 PicoBlaze 嵌入式开发系统;支持 DDR 接口的应用;支持基于
Ethernet 网络的应用;支持大容量 I/O 扩展的应用。
Choose the Starter Kit Board for Your Needs
Spartan-3E FPGA Features and Embedded Processing Functions
Spartan3-E FPGA 初级板具有 Spartan3-E FPGA 系列突出的特点并为嵌入式处理的发展与
应用提供了极大的方便。该板的特点如下:
Spartan3-E 特有的特征:并行 NOR Flash 配置;通过并行 NOR Flash PROM 实现 FPGA 的
多种配置方式
嵌入式系统:MicroBlaze™ 32-bit 嵌入RISC处理器;PicoBlaze™ 8-bit 嵌入控制器;DDR
存储器接口
Learning Xilinx FPGA, CPLD, and ISE Development Software Basics
Spartan3-E FPGA 初级板(以下均称为实验板)比其他的开发板先进、复杂。它是学习FPGA
或CPLD设计和怎样运用ISE软件的基础。
Advanced Spartan-3 Generation Development Boards
实验板示范了MicroBlaze™ 32-bit 嵌入式处理器和EDK的基本运用。其更先进的地方在于
配了额外的外设和FPGA逻辑,包括SP-305开发板。
Key Components and Features
主要特征:1)XC3S500E(Spartan-3e):多达232个用户I/O口;320个FPGA封装管脚;超过10000
个逻辑单元。2)4Mbit的Flash 配置PROM;3)64个宏单元的XC2C64A CoolRunner CPLD;4)
64 MByte (512 Mbit) of DDR SDRAM, ×16 数据接口, 100+ MHz;5)16 MByte (128 Mbit) 并
行NOR Flash (Intel StrataFlash):FPGA配置存储;MicroBlaze代码存储/映射;6)16 Mbits 的 SPI
serial Flash (STMicro):FPGA配置存储;MicroBlaze代码存储/映射;7)16字符-2线式LCD显
示屏;8)PS/2鼠标或键盘接口;9)VGA显示接口;10)10/100以太PHY(要求FPGA内部具有
以太MAC控制器);11)2个9-管脚的RS-232端口(DTE和DCE两种类型);12)FPGA/CPLD
下载/调试USB接口;13)50Hz时钟晶振;14)1线式的SHA-1位流复制保护串行EEPROM;15)
Hirose FX2扩展连接口;16)3个管脚扩展连接器;17)4个SPI-DAC转换器输出管脚;18)2个SPI
带可编程增益ADC输入管脚;19)ChipScope™软件调试接口;20)带按钮的旋转编码器;21)
8个单独的LED输出;22)4个滑动开关;23)4个按钮开关;24)SMA时钟输入;25)8管脚
插槽辅助晶振
Design Trade-Offs
Configuration Methods Galore!
FPGA的一个典型应用就是使用单永久性存储器来存储配置信息。为了说明新的Spartan-3E
的性能,实验板有3个不同的配置存储源,这需要一起正确使用。额外的配置功能使实验板比典
型的Spartan-3E应用更复杂。
实验板包括JTAG可编程USB接口。片上的线路简化了器件的编程过程。在典型的应用中,
JTAG编程硬件在片外或在一个单独的编程模块上,如XILINX USB电缆平台。
Voltages for all Applications
初级板利用TI公司的TPS75003芯片(专门为Spartan-3E的FPGA提供电源)作为三态输出调
整仪。该调整仪适用多种FPGA的应用。但是,初级板包括DDR SDRAM,这需要它自身快速的
电流来供给。简单地说,带USB接口的JTAG下载方式解决了需要单独配备1.8V电源的问题。
Chapter 2
:
Switches, Buttons, and Knob
Slide Switches
Locations and Labels
实验板具有4个滑动开关,如图2.1所示。
Operation
当开关闭合或上拉时, FPGA的管脚连接3.3V电源,即逻辑高电平。断开或下拉时,FPGA
管脚接地,逻辑低电平。一般开关的机械闭合时间为2ms,这里没有使用活动的回弹线路,尽
管这种线路可以很容易地加到FPGA上。
UCF Location Constraints
图2.2为4个滑动开关提供了UCF约束、I/O口分配和I/O口标准。这里没有用到上拉电阻。但
是,当开关处于中间转换位置时,它被定义为输入。
Push-Button Switches
Locations and Labels
实验板有4个瞬时按钮开关,如图2.3所示。BTN_NORTH、BTN_EAST、BTN_SOUTH、and
BTN_WEST。
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