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国产FPGA高云GW1N-4系列开发板测评之——硬件篇1 [复制链接]

本帖最后由 打破传统 于 2021-12-10 14:56 编辑

作为一个硬件工程师对于FPGA系统,开发非常考验一个工程师对硬件资源的把控,所谓知己知彼百战百胜,要想充分挖掘一款FPGA的潜力,让其硬件资源发挥其最大的力量,一定要对其进行全方位的认识,总体上应遵循由硬到软,由内到外,自顶向下的方针,接下来的这篇我们先来对其硬件进行全方位的学习。

 

硬件篇之——整体概述:

 

DK_MINI_GW1N-LV4LQ144C6I5_V1.1开发板整体布局是相当合理的开发板,更我之前用过的米尔的zynq开发板比起来外设要丰富很多,开发板主要由FPGA、DC-DC电源、时钟、串行flash、JTAG接口、usb转串口芯片、USB接口、电源开关、复位按键、数码管、16个led、4个滑动开关、2*8pinGPIO插针、24pinGPIO插针、32pinGPIO插针等组成,接口比较丰富

 

硬件图系统框图如下:

 

QQ123.png

 

 

 

image.png  

 

硬件篇之——GW1N-4K-LQFP144:

  从活动页面底部下载了到原理图和用户手册,通过手册的相关链接我们可以访问高云的官网,可以看到高云是一家专业做国产FPGA的高科技公司,这家公司产品目前有三个系列,我们今天学习的这个芯片来着来着其小蜜蜂家族系列第一代产品,小蜜蜂家族的产品主打,低功耗,瞬时启动,低成本,非易失性,高安全性,封装类型丰富,使用方便灵活等特点。对于GW1N-4K-LQFP144从芯片编号可以看出,GW1N 表示其为小蜜蜂家族第一代产品,官网上产品列表下我们可以看到家族的其他成员。高云的FPGA产品是基于55nm制程的,便于比较我拿XILINX的spartan-6系列产品xc6slx4做对比45nm制程。

 

image.png  

 可以看到相比于XILINX同等级产品GW1N-4K-LQFP144逻辑资源还是很不错的,高云GW1NS系列还内嵌ARM Cortex-M3,类似xilinx zynq系列可以看到国产FPGA确实在追赶国际巨头的征程中迈出了重要的一步。

 

下面是GW1N系列FPGA基本特点:

image.png

从DK_MINI_GW1N-LV4LQ144C6I5_V1.1用户手册可以看到GW1N-4K-LQFP144支持LV版本,及核电压支持1.2v,更低的核电压,就意味着更低的功耗。通过DK_MINI_GW1N-LV4LQ144C6I5_V1.1用户手册的链接我们来看看文档DS100(GW1N系列FPGA产品数据手册)文档表2-1也列出来GW1N系列FPGA的基本信息我们这块GW1N-4封装为LQFP144封装薄型QFP(Low-profile Quad Flat Package)1.4mm厚

 

下面我们来看看GW1N-4的架构:

可配置功能单元:

  可配置功能单元(CFU)和可配置逻辑单元(CLU)是构成高云FPGA的基本单元。

       可配置功能单元(CFU)/可配置逻辑单元(CLU)=4*(可配置逻辑块(CLS)+可配置布线单元(CRU))=4*(2*四输入查找表(LUT))+3(2*寄存器(REG)。

  CLU可配置为基本查找表、算数逻辑单元和只读存储器

  CFU可配置为基本查找表、算术逻辑单元、静态随机存储器、只读存储器

输入输出模块:

       IOB主要由I/O Buffer I/O逻辑以及相应的布线资源组成,每个IOB由两个I/O管脚组成,这两组管脚可以配置成一组差分信号或作为两组单端信号

 基于BANK的VCCO机制,支持LVCMOS、PCI、LVTTL、LVDS、SSTL、以及HSTL等多种电平标准,支持SDR以及DDR模式,每个BANK支持独立供电,有独立电源Vcco,以及独立的参考电压Vref,GW1N-4 的IO有4个BANK

GW1N系列FPGA产品分为LV和UV版本:

 LV版本支持1.2V Vcc供电,满足低功耗用户需求,Vcco可以根据需要可设置成1.2V,1.5V,1.8V,2.5V,3.3V  

 UV版本方便用户实现单一电源供电,内部集成了线性稳压器,内核电压支持1.8V,2.5V,3.3V

 GW1N-4支持真LVDS输出,但不支持内部100Ω输入差分匹配电阻,不支持LVDS输出的Bank支持内部100欧姆输入差分匹配电阻

I/O逻辑;

 I/O逻辑由延时模块、I/O寄存器、取样模块、等组成

延时块:  

 IODELAY包含在每个I/O里,总共提供128步延时,一步延时约为30ps

I/O寄存器:

 输入寄存器(INFF),输出寄存器(OUTFF)和高阻控制寄存器(TCFF)

取样模块:

 IEM用于DDR模式,包含简单的解串器(DES)和串化器(SER)SERDES

I/O逻辑工作模式:

 可配置成 输出信号、输入信号、INOUT信号及三态输出信号

块静态随机存储器模块:  

 每个BSRAM容量18Kbits,可配置为单端口模式 Single Port,双端口模式 Dual Port,伪双端口模式 Semi Dual Port,只读存储器模式,时钟频率可达190Mhz

用户闪存资源:

 GW1N-4用户闪存资源为256Kbits,位宽32位,时钟40MHz

数字信息处理模块(DSP):

    DSP资源对于做算法的项目非常总要,如实现FIR滤波器或FFT等都需要大量DSP。DSP模块占9个CFU的位置。每个DSP =2*宏单元=2*(2*前加法器+2*十八位乘法器+三输入算术逻辑单元)

时钟资源:

 GW1N系列FPGA提供了专用全局时钟(GCLK)、高速时钟(HCLK)、锁相环(PLL)等。

全局复位:

      包含一个全局复位,直接连接到器件内部逻辑

编程配置:

 支持SRAM编程和Flash编程,其中Flash编程支持片内和片外两种方式,还支持DUAL BOOT模式,可将配置数据备份到外部Flash中。接口除支持通用的JTAG模式外还支持高云半导体特有的GowinCONFIG配置模式

片内晶振;

 GW1N系列FPGA内嵌一颗可编程晶振,支持2.5MHz-125MHz时钟频率范围,精度±5%,编程过程为MSPI模式提供时钟源,配置为用户设计时钟源可通过设置参数得到所需时钟GW1N-4 器件的片内晶振输出时钟频率计算公式为:fout=210MHz/Param (Param 范围2-128的偶数).

电气特性:

 主要注意核电压范围,是设计当中得重视得部分,还有就是时序参数部分表4-24也很重要,工程设计最后对时序的约束往往是最费时间的工作了。

 以上就是对片上资源的学习了,下一篇开箱,然后再学习片外资源。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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确实,高云还有很多值得玩的产品,咱们可以先拿这个板子练练手,我之前买了GW1NSR的板子,可惜还没玩的里边的硬核处理器就被 我改BANK电压改坏了。以后有机会还得试试。

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一般来讲,单纯某个bank电压有问题的话FPGA其他部分还可以用,FPGA都独立供电的,把坏掉的一路电源断开试试看有没有救,不过高云的UV版本好像是单电源供电你这个应该是LV版本吧?  详情 回复 发表于 2021-12-10 09:38
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littleshrimp 发表于 2021-12-9 20:10 确实,高云还有很多值得玩的产品,咱们可以先拿这个板子练练手,我之前买了GW1NSR的板子,可惜还没玩的里边 ...

一般来讲,单纯某个bank电压有问题的话FPGA其他部分还可以用,FPGA都独立供电的,把坏掉的一路电源断开试试看有没有救,不过高云的UV版本好像是单电源供电你这个应该是LV版本吧?

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我用的是Tang nano 4k的板子,我是要把3.3v的电压改到2.5v,包括仿真器对应的BANK0和其它BANK供电是连在一起的,我改之前确过认板载仿真器在2.5v是可以工作的。改过以后正常工作过一段时间,后来不能仿真。我重新焊  详情 回复 发表于 2021-12-10 11:04

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屏幕截图 2021-12-10 094253.png 这个照片太模糊了,是上传插入后变糊的吗

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重新上传了一个图片要好点,但好像都会变模糊  详情 回复 发表于 2021-12-10 11:30
应该是,粘贴的不行啊,是不是得直接上传图片?  详情 回复 发表于 2021-12-10 11:18

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打破传统 发表于 2021-12-10 09:38 一般来讲,单纯某个bank电压有问题的话FPGA其他部分还可以用,FPGA都独立供电的,把坏掉的一路电源断开试 ...

我用的是Tang nano 4k的板子,我是要把3.3v的电压改到2.5v,包括仿真器对应的BANK0和其它BANK供电是连在一起的,我改之前确过认板载仿真器在2.5v是可以工作的。改过以后正常工作过一段时间,后来不能仿真。我重新焊接了我改动过的DC-DC反馈电阻,又正常了一段时间,再后来不好用时我直接使用外部2.5V供电,又工作了一小会就彻底不好用了。现在我感觉FPGA可能没坏,问题可能出在板载仿真器上了。

 

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一粒金砂(中级)

nmg 发表于 2021-12-10 09:44 这个照片太模糊了,是上传插入后变糊的吗

应该是,粘贴的不行啊,是不是得直接上传图片?


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nmg 发表于 2021-12-10 09:44 这个照片太模糊了,是上传插入后变糊的吗

重新上传了一个图片要好点,但好像都会变模糊

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nmg
[attachimg]577558[/attachimg]  详情 回复 发表于 2021-12-10 14:42

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打破传统 发表于 2021-12-10 11:30 重新上传了一个图片要好点,但好像都会变模糊

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很详细,谢谢分享!

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