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Spartan 边缘加速板

Spartan 边缘加速板

目标用户

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  • DIY 工程师
  • 创客
  • FPGA 开发人员
  • 学生

Spartan Edge 加速器板（简称 SEA 板）是一款轻量级 FPGA 开发板，它基于 Xilinx Spartan-7 芯片，遵循 Arduino 扩展板外形。因此，您可以将其作为 Arduino 扩展板来驱动 LCD 和摄像头，或作为独立的 FPGA 开发板。此外，借助板载 ESP32 芯片，SEA 板还可以让您的 Arduino 具有 WiFi 和蓝牙功能。

Spartan-7 Xilinx FPGA 系列中最新、性价比最高的 FPGA 芯片，提供一流的每瓦性能。最重要的是，我们为 Arduino 提供了完整的 FPGA API，这意味着 Arduino 用户无需了解 FPGA 即可使用 FPGA 功能。该板将在许多方面扩展 Arduino 的功能，例如简单的图像处理和计算机视觉应用、信号加解密以及信号采样与处理。

  • 特性
  • 规格和板外设
  • 入门和参考设计

特性

  • 集成 mipi、mini HDMI 接口
  • 支持 Raspberry Pi 摄像头 v1.0 (OV5640)
  • 最大支持 30fps 图像传输
  • ESP32 实现物联网 WiFi 和蓝牙
  • 支持 AWS、Azure 等云服务
  • 支持软件加密算法
  • 20 个用户自定义扩展 I/O 口（独立模式）
  • 10 个用户自定义扩展 I/O 口（Arduino 扩展板模式）
  • 适用于 Arduino 的完整 FPGA API
  • 8 位 ADC 和 DAC
  • 6 轴加速计和陀螺仪
  • 2 个用户 RGB LED 和按钮
  • Arduino 扩展板模式
  • FPGA 独立模式

应用

  • MIPI 摄像头输入和 HDMI 输出 Vivado 工程
  • 板载 LED、DIP 开关、ADC 和 DAC 参考案例
  • 板载陀螺仪案例
  • 为 Arduino 提供 GPIO/UART/ADC/DAC/RGB-LED 扩展
  • 信号发生器案例（需要 Arduino 配置）
  • ESP32 控制信号发生器案例
  • 使用 AWS GreenGrass 物联网平台案例
  • 颜色识别和物体跟踪案例
  • 图形识别案例（三角形、圆形、方形识别）
  • 数字字符识别案例
  • AES 加解密算法在 FPGA 上的实现
  • PID 算法在 FPGA 上的实现
 
Seeed Spartan 边缘加速板的图片

Spartan 边缘加速板

DigiKey 零件编号：1597-102030005-ND

ESP32、XC7S15 FPGA 嵌入式 Arduino 平台评估扩展板

 

FPGA 规格

注意

SEA 扩展板的 IO 电压是 5V，FPGA 的 IO 电压是 3.3V，所以我们做了一个分压器，使 IO 电压兼容。SAM D21 系列的 3.3V IO 电压分压后会低于 3.3V，不足以驱动 FPGA 的 IO。因此，目前 SEA 开发板只支持 5V IO Arduino 板，如 Arduino UNO 和 Seeeduino V4.2。

FPGA 芯片 Spartan-7 XC7S15 逻辑单元 12,800
Slics 2000 CLB 触发器 16,0000
最大分布式内存 (Kb) 150 带 ECC 的 BRAM/FIFO（每个 36 kb） 10
总 BRAM (Kb) 360 时钟管理块（1 MMCM + 1 PLL） 2
DSP 切片 20 无线芯片 Espressif ESP32-D0WDQ6
WiFi 802.11 b/g/n 2.4GHz 蓝牙 带 BLE 的蓝牙 4.1
视频 Mini HDMI x 1 摄像头 CSI/MIPI 接口 x1（兼容 Raspberry Pi Camera V1 - OV5640）
SD 卡 Micro SD/TF 卡插槽 x1 FPGA GPIO 10 针排针 (IO9~IO0)
Arduino GPIO 32 针排针（Arduino 外形尺寸） Grove Grove 连接器 x2 (I2C/D2)
LED 单色 LED x2 按钮 开机 x1
复位 x1
RGB LED x2 FPGA 复位 x1
用户 x2
开关 电源模式开关 x1 工作电压 5V
5 通道 DIP 开关 x1
IO 电压 5V 电源模式 USB Type-C 5V
输入电压 8~17V
Arduino Micro USB 5V
ADC 8 位 ADC1173 加速度计和陀螺仪 6 轴 LSM6DS3TR
 

SEA 板外围设备说明和位置

1 FPGA : XC7S15-1FTGB196C 11 DIP 开关 19 FPGA JTAG 下载接口
2 WiFi/蓝牙：ESP32-D0WDQ6 K1-K4 用户开关 20 Grove 连接器 : 1x I2C; 1x D2&D3
K5 开关 FPGA 编程模式
3 6 轴加速计和陀螺仪：LSM6DS3TR ->>>> JTAG : 使用 Xilinx 官方编程工具 21 陶瓷片式天线
->>>> 从设备：使用 ESP32 对 FPGA 进行编程
4 DAC : DAC7311IDCKR 12 ESP32 按键：开机和 RST 22 ADC : ADC1173
5 降压-DCDC : TPS62130 13 FPGA 按钮 ：USER1 USER2 FPGA_RST 23 SPI 闪存：W25Q32JVZPIG
6 USB 转 UART : CP2102-GMR 14 用户 LED：L1/L2/RGB1/RGB2 24 模拟开关：DG2788A
PWR : 开机
FPGA_DONE : 用 esp32 对 FPGA 进行编程后点亮。
7 USB：Type-C 15 电源开关： 25 LDO : XC6221B102MR
USB->由 USB Type-C 供电 (5V DC)
5V-> 由 VIN 引脚供电 (8~17V DC)
8 Mini HDMI 16 电源模式： 26 LDO : RT9013-18GB
OFF->隔离 Arduino 和扩展板的电源
ON->连接 Arduino 和扩展板的电源
9 CSI 接口：MIPI 摄像头（兼容 Raspberry Pi Camera V1 - OV5640） 17 DAC 输出和 ADC 输入接头 27 LDO : CJ1117-3V3
10 Arduino 接头：与 Arduino UNO 兼容 18 FPGA IO : IO9~IO0 28 SD 卡槽：Micro SD/TF 卡
Seeed Spartan Edge 加速器板顶视图
Seeed Spartan Edge 加速器板仰视图
带有 SEA 板的 Spartan Edge 加速器板 Spartan 边缘加速板
 

以下说明文档将指导您完成使用 Xilinx 的 Vivado 2019.2 软件在 SEA 板上创建 FPGA 设计的过程。

Spartan 边缘加速板开发手册 - FPGA 部分

Spartan 边缘加速板开发手册 - 实验部分

Spartan 边缘加速板开发手册 - ESP32 部分

 

汤勇明，研究员；SID、IEEE、中国真空学会会员，东南大学教师教学发展中心主任。常年从事电子科学与技术专业一线课程教学；主编《搭建你的数字积木》教材一部；翻译译著1部；创建和牵头组织东南大学PLD设计竞赛和全国大学生FPGA创新设计竞赛；获国家教学成果二等奖、江苏省教学特等奖、一等奖、二等奖各1项。

邸志雄，博士，西南交通大学信息科学与技术学院电子工程系副系主任。2014年毕业于西安电子科技大学微电子学与固体电子学专业，研究方向为高性能图像压缩VLSI硬件系统设计、数字集成电路布局布线算法、FPGA智能硬件设计。发表多篇SCI/EI检索论文，授权中国发明专利十余项。担任2020年 CCF-DAC 会议分论坛主席，多次担任中国研究生电子设计大赛、中国研究生创“芯”大赛、全国大学生FPGA创新设计竞赛等学科竞赛总决赛评审。