Manual Universaladapterboard für Spartan3_Board

Transkript

1 Manual Universaladapterboard für Spartan3_Board Programmieranschluss Tastaturanschluss Mausanschluss Richtungs LEDs Logik Level LED Verbinder zum Spartan3_Board Manual_Universaladapterboard_deu.pdf 1/6

2 Blockschaltbild Manual_Universaladapterboard_deu.pdf 2/6

3 1. Einleitung Das Universaladapterboard dient zum Anschluss peripherer Geräte und Bauteile, die +5 V-TTL-Ein-/Ausgänge besitzen, an das Spartan3-Board (siehe Beschreibung Spartan3 Basis_V.1.2.pdf). Entsprechend den Nutzungsanforderungen sind Ein-/Ausgangskombinationen in großer Anzahl frei programmierbar. 2. Funktionsbeschreibung Auf dem Universal-Adapterboard befinden sich 20 Steckbuchsen (2 mm) D1 bis D20, ein Mausanschluss sowie ein Tastaturanschluss. Das Spartan3-Board arbeitet mit einer Spannung von +3,3 V für die Ein-/Ausgänge. Um auch Geräte bzw. Bauteile mit einer Logikspannung von +5 V am Spartan3-Board benutzen zu können, dient das Universal-Adapterboard als Pegelumsetzer +3,3 V +5 V. Für die Pegelumsetzung und das Arrangieren der Verbindungen stehen zwei CPLD vom Typ XILINX XC9572 im PLCC84-Gehäuse zur Verfügung. Diese beiden CPLD sind eingangund ausgangseitig teilweise parallel geschaltet. Um Logik- bzw. Pegelkonflikte auf den Leitungen zu vermeiden, werden die Ausgänge des jeweils logisch nicht benötigten Datenpfades der CPLD hochohmig geschaltet. Somit wird vermieden, dass zwei Ausgangstreiber gleichzeitig auf einer Leitung aktiv sind und zur Zerstörung der IC führen. Als externe Anschlüsse stellt das Spartan3-Board 20 Leitungen zur Verfügung (siehe Tabelle im Anhang), die über einen Steckverbinder zum Universal-Adapterboard geführt werden. Je nach programmierter Version werden diese Leitungen zu den Buchsen D1 bis D20 und/oder zu dem Maus- bzw.tastatursteckverbinder über die CPLD's geroutet. Maus- und Tastatursteckverbinder belegen je 4 Leitungen, so dass bei Nutzung dieser Steckverbinder sich die Anzahl verfügbarer E/A-Leitungen entsprechend verringert. Die zugeordneten Richtungs-LED IN und OUT werden dunkel gesteuert. Bei Einsatz von Maus und Tastatur sind die jeweiligen logischen Funktionen durch entsprechende Kontroller im FPGA-Design vom Anwenderbereitzustellen. Die übliche Anschlussbeschaltung ist im Anhang Bild2 zu sehen. Das Adapterboard erhält seine Versorgungsspannungen vom Spartan3-Board über den Flachband-Steckverbinder. Die beiden GND-Buchsen dienen als Bezugspegelverbinder für externe Bauteile. Funktionen des Input-CPLD : Das Input-CPLD treibt die Signale von den Buchsen D1 bis D20 und die Eingangssignale vom Maus- bzw. Tastatursteckverbinder zum Spartan3-Board und erzeugt zusätzlich die Signal-Richtungsinformation für die Buchsen D1 bis D20. Diese werden mit IN (grüne LED leuchtet) und OUT (gelbe LED leuchtet) angezeigt. Funktionen des Output-CPLD : Das Output-CPLD treibt die Signale vom Spartan3-Board zu den Buchsen D1 bis D20 und zu den Maus- bzw. Tastatursteckverbindern und erzeugt die Steuersignale für die Ansteuerung der LEVEL_LED (rote LED) für die logischen Zustände an den Buchsen D1 bis D20. Manual_Universaladapterboard_deu.pdf 3/6

4 3. Editieren der VHDL-Dateien Für die Erzeugung des Programmierfiles stehen die Quelldateien Input_CPLD.vhd, Input_CPLD.ucf, Output_CPLD.vhd und Output_CPLD.ucf auf den Rechnern im Labor zur Verfügung. Bevor sie zur Anwendung kommen, müssen in den Dateien Input_CPLD.vhd und Output_CPLD.vhd der Anforderung entsprechend Eintragungen vorgenommen werden, die folgend erläutert werden. Wichtig! In beiden VHDL-Dateien sind immer die gleichen Eintragungen zu machen. Werden unterschiedliche Eintragungen eingefügt, kann das zur Zerstörung der IC führen! Beide.ucf-Dateien dürfen nicht verändert werden. Sie sind für alle gewünschten Konfigurationen immer gleich! Die Anpassung an die jeweilige Konfiguration erfolgt durch das Editieren der generic-anweisung direkt unterhalb des entity Eintrages in den VHDL-Dateien. Beispielhaft wird das an der Output_CPLD.vhd gezeigt. entity OUTPUT_CPLD is --************************************************************************************************************************* -- Must be identical to Input_CPLD.vhd!!! * generic( -- * G_MOUSE_EN: string := "y"; --enable mouse connector by set "Y", disable by set "N" * G_KEYBOARD_EN: string := "y"; --enable keybord connector by set "Y", disable by set "N" * G_OUTPUTS: integer := 10); --set the number of outputs here * -- Other change below is w rong! * -- * --************************************************************************************************************************* Bild1: Ausschnitt aus der Datei Output_CPLD.vhd Je nach Anforderung sind die drei Zeilen entsprechen der Angaben im Bild1 in den Dateien Output_CPLD.vhd und Input_CPLD.vhd in gleicher Weise zu editieren. Es werden nur die Anzahl der Ausgänge durch Ändern der Dezimalzahl (ohne führende Null) und die Angabe zu den Steckverbinder mit Y oder N vorgegeben. Diesen Angaben entsprechend wird dann die Anzahl Eingänge berechnet und den Leitungen zugewiesen. Es werden also immer alle 20 Leitungen belegt! Die Zuordnung der Leitungen erfolgt nach folgendem Vorrang: - D20 bis D17 = Mausanschluss - D16 bis D13 = Tastaturanschluss - Maus und Tastatur haben Vorrang vor Ausgängen - von D1 beginnend werden die Ausgänge zugewiesen - verbleibender Rest wird Eingängen zugewiesen - Werden Maus- bzw. Tastaturanschluss nicht belegt, werden diesen Leitungen entsprechend der Output-Anforderung die Outputs bzw. Inputs zugewiesen. - Werden mehr Ausgänge angefordert, als freie Leitungen zur Verfügung stehen, wird die Anzahl Ausgänge auf die zur Verfügung stehende Anzahl Leitungen reduziert. Eine Verbindungstabelle Spartan3-Board Adapterboard ist im Anhang zu finden. Hier sind auch die Zuordnungen der Adapterboard-Anschlüsse zu den Spartan3-Pin-Nummern angegeben. Manual_Universaladapterboard_deu.pdf 4/6

5 4. Programmierung Mittels ISE ist je ein Programmierfile für das Input-CPLD und Output-CPLD zu erzeugen. Die Programmierung der CPLD erfolgt über JTAG-Schnittstelle per Xilinx Parallelkabel 4 (im Labor R0801 vorhanden). Die CPLD werden durch das Programmiertool Impact (in ISE enthalten) programmiert. Folgende Schritte sind durchzuführen: - Das Parallel Cabel IV an den 14-poligen Steckverbinder des Adapterboards anschließen. - Das Adapterboard mit dem Spartan3-Board über die Flachbandleitung verbinden. Das Spartan3-Board darf noch nicht programmiert sein! - Das Spartan3-Board mittels speziellem Kabel mit der Versorgungsspannung am Labortisch verbinden. Dadurch wird gleichzeitig das Adapterboard mit Betriebsspannung versorgt. - Das Tool Impact vom ISE Projektmanager durch Auswahl von Configure Device (impact) starten und die automatische Suche nach einer Schnittstelle auswählen. Es werden die zwei CPLD XC9572 in einer Daisy Chain Kette angezeigt, wobei das erste IC das Output-CPLD ist. Output-CPLD Input-CPLD Impact fordert nun in der entsprechenden Reihenfolge die Progammierdateien an. Somit ist als erstes output_cpld.jed und als zweites input_cpld.jed auszuwählen. In bekannter Weise weiter verfahren und die Programmierung abschließen. Nachdem die Programmierung beendet wurde, ist die Konfiguration an den Richtungs-LED neben den Buchsen D1 bis D20 wie folgt überprüfbar: Input aktiviert: Output aktiviert: Mausanschluss aktiv: Tastaturanschluss aktiv: grüne LED leuchtet, gelbe LED leuchtet nicht gelbe LED leuchtet, grüne LED leuchtet nicht an D20 bis D17 grüne und gelbe LED leuchten nicht an D16 bis D13 grüne und gelbe LED leuchten nicht Nun ist das Adapterboard zur speziellen Nutzung konfiguriert. Jetzt darf das Spartan3-Board ebenfalls programmiert werden. Manual_Universaladapterboard_deu.pdf 5/6

6 5. Anhang Universaladapterboard SPARTAN3-BOARD 2 mm Buchsen Keyboard-Steckverbinder Mouse-Steckverbinder LED-Nummer Pin-Nummer FPGA D D D D D D D D D D D D D13 or KEYBOARD_DATA_IN D14 or KEYBOARD_CLK_IN D15 or KEYBOARD_DATA_OUT D16 or KEYBOARD_CLK_OUT D17 or MOUSE_DATA_IN D18 or MOUSE_CLK_IN D19 or MOUSE_DATA_OUT D20 or MOUSE_CLK_OUT Tabelle 1: Verbindungstabelle für Spartan3-Board Bild 2: Schaltung von Maus- und Tastaturanschluss Manual_Universaladapterboard_deu.pdf 6/6