HaDes XP - Das Entwicklungssystem TE-XC2S200

Überblick

Das FPGA-Entwicklungssystem TE-XC2S200 von Trenz Elektronik bot zum Zeitpunkt der Entwicklung der HaDes XP ein gut ausgestattetes Board mit zahlreichen Anschlüssen zum bezahlbaren Preis (insgesamt ca. 250 €). Herausragende Eigenschaften sind: 

Auf dem Basisboard (hinten):

• Xilinx Spartan-II FPGA mit 200'000 Gatteräquivalenten (4700 4-bit LUTs, 56 kbit On-Chip RAM) 
• Flash ROM für das Speichern der FPGA-Konfiguration 
• Konfiguration des FPGA und des Flash ROM über JTAG vom PC aus durch ein paralleles Kabel (auch zum Transport anderer Daten gut geeignet). Das Kabel wird mitgeliefert. 
• 4 Erweiterungssteckplätze, auf die jeweils Tochterboards aufgesteckt werden können, die mit jeweils ca. 35 frei verfügbaren IO-Pins am FPGA angeschlossen sind

Auf dem Erweiterungsboard TE-BL (vorne rechts):  

• Vier sehr gut lesbare, rot leuchtende 7-Segment-Anzeigen
• Acht rote LEDs und Mikro-Taster
• Ein USB-Anschluss und Transceiver für USB 1.1
• Ein VGA-Anschluss mit 16 Ungefähr-Standard-VGA-Farben (4 digitale Kanäle Red, Green, Blue und Intensity), die durch eine Schaltung aus 5 Widerständen realisiert werden
• Eine 48 MHz Clock (austauschbar) 

Auf dem Erweiterungsboard TE-FR (vorne links): 

• 512 kB SRAM mit 70 ns Zugriffszeit und 8 bit Datenbus
• 512 kB Flash-RAM mit 70 ns Zugriffszeit beim Lesen (ca. 10 µs beim Schreiben) und 8 bit Datenbus , mindestens 10'000 Lösch- und Schreibzyklen

Auf der beigelegten CD:

• Datasheets und genaue Anleitungen
• Beispielcode (VHDL) für die Ansteuerung des Buttons-and-Light Boards
• Demoversion eines USB IP-Cores (leider unbrauchbar)

Kommentar

Natürlich wünscht man sich im Nachhinein - insbesondere wenn man das Entwicklungssystem mit neueren vergleicht - immer noch mehr von allem (Logikelemente auf dem FPGA, Hauptspeicher, Flashspeicher, Farbtiefe des VGA-Ausgangs, Kommunikationsanschlüsse [z.B. PS/2, Ethernet]) oder noch Schnelleres (insbesondere der SRAM ist für Grafikausgabe zu langsam). Aber alles in allem hat uns das XC2S viele schöne Möglichkeiten zum Bau unserer Konsole eröffnet, und wo uns noch etwas fehlte (schneller SRAM und Tastatur- bzw. Mausanschluss), konnten wir dank der guten Erweiterbarkeit mit Zusatzboards abhelfen. Das Konzept von 4 äquivalenten Steckplätzen, wobei die Karten solide (mit Schrauben) am Basisboard befestigt werden können, ist herausragend und für unseren Quasi-PC sehr vorteilhaft. 

Wirklich nur eine Demo und nicht sonderlich gut durchdacht ist der USB-Anschluss auf dem TE-BL Board. Durch unser USB-Praktikum, bei dem wir den High-Speed Philips USB Controller ISP1581 verwendeten, waren wir da einfach einiges gewohnt. Die mitgelieferte Demoversion eines USB-Controllers schafft kaum 1 kB/s Datenübertragungsrate. Mit einer separat erhältlichen Version des IP-Cores ließe sich die USB 1.1-Übertragungsgeschwindigkeit von 1 MB/s wohl ausnutzen, allerdings belegt dieser dann 35% der Logikressourcen des FPGAs, da ab der Ebene der Leitungskodierung alles im FPGA gemacht werden muss.

Eine deutlich bessere Lösung zur USB-Anbindung ist die Verwendung eines High-Level-USB-Controllers, der die komplette Datenübertragung (inklusive Paketerzeugung und Enumeration [Verbindungsherstellung mit dem PC]) übernimmt. Geradezu genial wird dieses Konzept im Chip FT245BM von FTDI umgesetzt - das Interface zum FPGA oder Microcontroller hin ist hier einfach ein 8-Bit-Bus mit Ready und Data-Available Leitungen, um den kompletten (sehr aufwändigen) USB-Kram kümmert sich der Chip. Nachdem diese Art der USB-Anbindung lange Zeit auf unserer Wunschliste gestanden hatte, wurde sie schließlich auf dem Erweiterungsboard "USB & MMC" in die Realität umgesetzt.