Melon S3 FPGA : A Open Source WiFi FPGA Development Kit for Digital Design for the Maker.

Wishlist: (0)

Melon S3 FPGA (WiFi) Development Board

ติดต่อสอบถาม amornthep@qwavesys.com

A Open Source WiFi FPGA Development Kit for Digital Design for the Maker.

 

         “Melon S3” คือ บอร์ด FPGA ที่สามารถโปรแกรมผ่าน WiFi (OTA: Over the Air Programming) เรียนรู้การสร้างวงจรดิจิตอล สร้างต้นแบบด้านสมองกลฝังตัว (Embedded Systems) ด้วยภาษากราฟฟิก (LabVIEW) โดยมิต้องมีความรู้ Text Programming (VHDL/Verilog) เหมาะกับผู้สนใจที่ต้องการสร้างต้นแบบนวัตกรรมด้วยเทคโนโลยีสมัยใหม่

         โครงการ Open Source “Melon S3 FPGA” มุ่งหมายให้เป็น Open Source โปรเจคของคนไทย โดยจะเปิด Open ทั้งหมดทั้งในส่วนของ SW และ HW ตั้งใจให้เป็นองค์ความรู้กับนักพัฒนาที่สนใจ และนำไปต่อยอดเพื่อการเรียนรู้ หรือประยุกต์ใช้งานจริง ต่อยอดองค์ความรู้และเผยแพร่ต่อไป

https://github.com/QWaveSystems/Melon_S3_FPGA

บอร์ด Melon S3 FPGA  จุดประสงค์เพื่อการศึกษาสำหรับนักศึกษา และนำพัฒนาทั่วไป ตัวบอร์ดออกแบบให้มีขนาดเล็ก (ขนาดประมาณ บัตรเครดิต) จะมีคอนเน็กเตอร์ในการเชื่อมต่อภายนอก 2 พอร์ต จำนวน 40x2 PIN โดยการจัดเรียงขาในแต่ละพอร์ตออกแบบให้เข้ากับบอร์ด Raspberry Pi (คอมพิวเตอร์จิ๋ว) ซึ่งสามารถหาซื้อบอร์ดชิลด์ที่มาจำหน่ายอยู่แล้วมาใช้งานร่วมกันได้ จะทำให้ผู้ใช้งานสร้างแอพพลิเคชั่นต่างๆ ได้ง่ายและรวดเร็ว ในกรณีที่ต้องการออกแบบ PCB สำหรับบอร์ดชิลดิ์ของตนเองก็สามารถทำได้เช่นเดียวกัน โดยสามารถอ้างอิงการจัดเรียงขาต่างๆ ดังนี้

อุปกรณ์บนบอร์ดออกแบบให้ใช้งานสะดวก สำหรับไฟเลี้ยงวงจรสามารถจ่ายไฟอินพุตเข้าที่ 5V PIN หรือเสียบสาย Micro USB เพื่อใช้ไฟเลี้ยง 5V จาก USB พอร์ตได้ ในกรณีที่เสียบบอร์ดนี้ลงบนด้านบนของบอร์ด Raspberry Pi จะสามารถใช้ไฟเลี้ยงร่วมกันได้อีกด้วย

หัวใจหลักของบอร์ด Melon S3 คือชิฟ FPGA รุ่น Xilinx Spartan 3E ขนาดความจุ 500,000 เกต ภายในมี Block RAM 360Kb ตัวถัง PQG208 จำนวน 208 ขา จำนวนขาที่ใช้งานได้ทั้งหมดคือ 28 PIN x 2 พอร์ต = 56 PINs และชิฟไมโครคอนโทรลเลอร์ ยี่ห้อ Espressif รุ่น WROOM-02 ทำงานที่ย่านความถี่ 2.4GHz ซึ่งเป็นโมดูล SoC (Systems on Chip) ที่รวมกันของ MCU+WiFi ภายในตัวเดียว

         ประกอบกับมีหน่วยความจำแบบ Flash 4MB ซึ่งจะออกแบบเป็นพื้นที่เก็บ Bit ไฟล์ของ FPGA ขนาด 3MB และ 1MB จะเป็นส่วนของพื้นที่เก็บ Firmware ของ MCU ที่ทำหน้าที่จัดการดาวน์โหลด และเชื่อมต่อกับ FPGA ภายในบอร์ดมาพร้อมกับวงจร USB-UART Bridge โดยใช้ชิฟยี่ห้อ Silicon Labs รุ่น CP2104 สามารถเสียบเข้ากับคอมพิวเตอร์เพื่อดาวน์โหลดโปรแกรม และดีบั๊กโปรแกรมได้ทันที

Technical Specification

  1. Xilinx Spartan 3E FPGA (PQG208) - 500K gates, 73Kb Distributed RAM, 4 Digital Clock Manager (DCM), 20 Multipliers (18x18), 360 Kb Block RAM
  2. Onboard USB-UART (Silicon Labs) รุ่น CP2104 สำหรับ Configuration, Debugging และ Power
  3. WiFi 2.4GHz SoC-WROOM-02, 32-bit MCU (Arduino Compatible) สัญญาณนาฬิกา 80MHz, หน่วยความจำชั่วคราว 50KB RAM, +19.5dBm output power in 802.11b mode, Integrated TCP/IP protocol stack.
  4. หน่วยความจำ Flash 4MB SPI Flash โดยแบ่งเป็น 1MB สำหรับ MCU Firmware และ 3MB สำหรับพื้นที่เก็บ FPGA Bit ไฟล์
  5. 8 Users LEDs
  6. 4 DIP Switch user button
  7. 1 Reset button
  8. สัญญาณนาฟิกา 50MHz สำหรับ FPGA
  9. GPIOs 56 PINs 3.3V Tolerant - 40 PINs x2 พอร์ต (Raspberry Pi 40 PINs Compatible)
  10. JTAG Port (Optional for Program/Debugging)

Pin Definition 

         การจัดเรียงขา GPIO เพื่อใช้งานนั้นจะมี 2 พอร์ต P1 และ P2 จำนวน 40 PIN รองรับระดับแรงดัน 3.3V เท่านั้น (ไม่สามารถใช้ร่วมกับ 5V ได้) โดยออกแบบให้เข้ากันได้กับมาตรฐาน Raspberry Pi 40 PIN แสดงดังรูป จำนวน IO ที่ใช้งานได้ทั้งหมดจะเท่ากับ 28x2 = 56 PINs เนื่องจากบาง IO จะกำหนดให้เป็นสัญญาณไฟ 5V,3.3V และ GND

การพัฒนา Digital Design บนชิฟ Melon S3 FPGA 

บอร์ด Melon S3 FPGA รองรับการเขียนโปรแกรมได้หลายภาษา อาทิ

1.VHDL/Verilog โดยใช้ซอฟต์แวร์ Xilinx ISE (สามารถดาวน์โหลดเวอร์ชั่น Webpack ใช้งานได้ฟรี ได้ที่ Xilinx.com)

2.ภาษา MATLAB/Simulink โดยต้องลง Toolkit เพิ่มคือ HDL Coder/HDL Verifier

3.สำหรับผู้ไม่ถนัดการเขียนโปรแกรมด้วย Text Programming ยังรองรับการพัฒนาด้วยภาษา LabVIEW โดยจะต้องติดตั้งโปรแกรมเพิ่มเติมคือ LabVIEW FPGA Toolkit ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ของบริษัท National Instruments ภาษา LabVIEW ถือเป็นทางเลือก สำหรับผู้ที่ไม่ถนัดภาษา VHDL/Verilog อีกด้วย

         ตัวอย่างพัฒนาด้วยภาษา VHDL/Verilog หรือออกแบบด้วย Schematic ก็สามารถทำได้โดยใช้ซอฟต์แวร์ Xilinx ISE โดยผู้เขียนเลือกใช้เวอร์ชั่น Webpack 14.7 ซึ่งรองรับการพัฒนา FPGA รุ่น Spartan 3E ได้ฟรี หลังจากขั้นตอนสังเคราะห์โปรแกรม VHDL ไปเป็น Bit ไฟล์เรียบร้อยแล้ว ผู้พัฒนาสามารถเชื่อมต่อกับบอร์ด Melon ผ่าน WiFi เปิดหน้า Webpage 192.168.4.1 เลือกอัพโหลด Bit ไฟล์ แล้วโปรแกรมลงชิฟ FPGA ผ่านหน้าเว็บได้ทันที

1.แสดงขั้นตอนการพัฒนาด้วย MATLAB/Simulink  ด้วย Toolkit เพิ่มคือ HDL Coder/HDL Verifier

2.แสดงตัวอย่างการเขียนภาษา VHDL โดยใช้ซอฟต์แวร์ Xilinx ISE

แสดงหน้าต่าง Web Page ในการอัพโหลด FPGA Bit ไฟล์ ผ่าน WiFi

3.แสดง ตัวอย่างการพัฒนาด้วย LabVIEW FPGA เป็นตัวอย่างการสร้างวงจร Counter จำนวน 8 Bit โดยหลักการคือจะทำการ (+1) เพิ่มขึ้นไปเรื่อยๆ จากนั้นแสดงผลที่ LEDs บนบอร์ด เราจะเห็น LED แสดงผลนับจำนวนเพิ่มขึ้นไปเรื่อยๆ จำนวน 8 Bit

การพัฒนาซอฟต์แวร์ (CPU/MCU) Co-Processing ร่วมกับชิฟ FPGA

         FPGA คือ ฮาร์ดแวร์ การนำไปใช้งานจริงจะยุ่งยากพอสมควร เนื่องจากต้องออกแบบส่วนการเชื่อมต่อ (Interface) ด้วยตนเอง ซึ่งแตกต่างจากชิฟสำเร็จรูปที่มีส่วนของ Interface มาให้ใช้งานได้พร้อมแล้ว อาทิ UART/SPI/I2C สำหรับบอร์ด Melon จะมี Driver ในส่วน Interface บนคอมพิวเตอร์ Windows และ Linux (Raspberry Pi) มาให้พร้อมแล้ว ผู้ใช้สามารถเขียนโปรแกรม LabVIEW เพื่อควบคุมและใช้งานแบบ Co-Processing ร่วมกับชิฟ FPGA ได้ทันที

         กรณีที่ต้องการใช้งานร่วมกับ MCU อาทิ Arduino ก็สามารถทำได้เช่นเดียวกัน โดยสามารถติดตั้งบอร์ด Package ใน Arduino IDE จากนั้นเขียนโปรแกรมเพื่อเรียกไลบารี่เพื่อใช้งานได้ทันที ตัวอย่างแสดงดังรูป

Document

Includes

  • Board X 1

*Each order comes with one assembled and tested Melon S3 FPGA board, (Pin headers not included).

Download

https://github.com/QWaveSystems/Melon_S3_FPGA

Support Group

https://web.facebook.com/groups/244230302736445/

ติดต่อ อมรเทพ

อีเมล์ (email) amornthep@qwavesys.com

Facebook Page : facebook.com/LabviewEmbedded4Arduino/

Standard Edition

Customer review (6 reviews)

  • 100.00% Complete (success)
    6
  • 0.00% Complete (warning)
    0
  • 0.00% Complete (danger)
    0
-
2017-07-20 06:50:45

-
2017-07-11 16:36:05

-
2017-07-11 15:59:52

View all customer reviews
฿ 3,900.00 ฿ 3,200.00
SALE -17.95%