Zestaw uruchomieniowy FPGA na układzie GW1N-LV1LQ144C6/I5 (obudowa LQFP144) firmy "Gowin Semiconductor"

[FlyingDutch]

Cześć,

dosyć często w moich próbach z układami FPGA potrzebny jest mi zestaw uruchomieniowy z dużą ilością pinów I/O i niekoniecznie dużą ilością zasobów logicznych. Postanowiłem więc zaprojektować płytkę FPPGA, która będzie miała nastepujące cechy:

1) wyprowadzona na złącza duża ilość pinów I/O układu FPGA

2) obudowa układu FPGA, którą da się "ręcznie" wlutować w płytkę PCB w warunkach amatorskich

3) kilka wejść o szerokim zakresie napięć (od 1.5V do 24V)

4) kilka wyjść tranzystorowych

5) bogaty zestaw dodatkowych układów ułatwiających uruchamianie FPGA (diody LED, DIP-Switch'e,

6) szeroki zakres napięć logiki I/O

6) układ FPGA powinien być tani i dostępny

7) dostępny darmowy software do syntezy układu FPGA

Mój wybór padł na układ firmy "Gowin Semiconductor" z serii GWN1N o symbolu GW1N-LV1LQ144C6/I5 - patrz link:

https://www.mouser.pl/ProductDetail/GOWIN-Semiconductor/GW1N-LV1LQ144C6-I5?qs=wnTfsH77Xs7aDt6aCh03TQ%3D%3D

Układ jest dostępny w "Mouser.pl" w cenie jednostkowej 41.80 PLN (posiada 1152 uniwersalne bloki logiczne i około 102 pinów I/O)

Zaprojektowałem podstawowy zestaw uruchomieniowy (PCB) z tym układem FPGA w darmowym programie CAD "EasyEDA" -tutaj zdjęcie układu prototypowego:

Płytkę (dwustronna) zamówiłem u Chińczyka. Układ jest zasilany z zewnętrznego zasilacza 5V/2A. Na płytce są trzy stabilizatory napięcia:

1) 3,3V

2) 1,2 V

3) 2,5V

Podstawowe zasilanie układu FPGA (core) to 1,2V, a każdy z czterech banków pinów I/O w tym układzie może być zasilany jednym z tych trzech napięć (patrz: goldpin headers ze zworkami - dzięki temu  można mieć różne poziomy logiki pinów I/O. Są też dwa przełączniki do ustawiania trybu "MODE" układu FPGA (ustawianie trybu pobierania pliku konfiguracyjnego FPGA). 102 piny I/O układu FPGA są wyprowadzone na złącza Goldpin. Jest też generator zegara FPGA o częstotliwości 24 MHz i układ resetu FPGA. Bałem się, że coś nie zadziała, bo to był mój pierwszy projekt zestawu FPGA, ale wszystko wydaje się działać prawidłowo. Trochę trudno było wlutować układ FPGA w obudowie LQFP144, ale ostatecznie się udało. Układ dał się zaprogramować za pomocą programatora JTAG "Gowin USB Cable" w trybie SRAM - patrz zrzut ekranu z "GowinEDA":

Teraz muszę zaprojektować docelową płytkę PCB z wejściami wysokonapięciowymi na transoptorach (8 pinów) i wyjściami tranzystorowymi (8 pinów), 8-moima diodami LED, 8-ma DIP-Switch i 96 pinami I/O układu FPGA wyprowadzonymi na złączach Goldpin. Docelowy schemat układu i płytkę PCB zamieszczę na forum jak i na Github'ie jako open-hardware.

BTW: wyjścia tranzystorowe będą na 1-nym układzie ULN2803A:

https://botland.com.pl/produkty-wycofane/2559-uklad-scalony-uln2803a-8xdarlington-tht-5904422330965.html

a wejścia (transoptory) na 2-óch układach IS281-4 :

https://www.tme.eu/pl/details/is281-4/transoptory-wyjscie-analogowe/isocom/?gclid=CjwKCAiA-dCcBhBQEiwAeWidtX1pIUmwfx3ws475AMJH7C1PGz6UMg8-T60kVDWZixr6_mF7xvdVFhoCNY0QAvD_BwE

Pozdrawiam

Edytowano Grudzień 10, 2022 przez FlyingDutch

[Elvis]

Tak z ciekawości - do czego używasz układu który ma 1k LE?

[FlyingDutch]

Przed chwilą, Elvis napisał:

Tak z ciekawości - do czego używasz układu który ma 1k LE?

Cześć @Elvis,

przeważnie do jakichś prostych projektów pomocniczych, np. dla innych większych układów FPGA (np. generatory sygnałów testowych). Myślałem  też o mniej zamożnych użytkownikach, żeby był to pierwszy zestaw FPGA do nauki języków HDL.

Planuję też zaprojektować podobny zestaw na układzie:

https://www.mouser.pl/ProductDetail/GOWIN-Semiconductor/GW1N-LV4LQ144C6-I5?qs=wnTfsH77Xs4rNMY%2Fd3rj1g%3D%3D

, który ma 4K LUT (jak widać cena jest dużo wyższa).

Ten opisany układ prototypowy to był test, czy taki zestaw zadziała prawidłowo (i zadziałał), teraz mogę zaprojektować kilka zestawów FPGA na układach firmy Gowin.

Pozdrawiam

[Elvis]

Zapytałem o 1k LE, bo lattice ma bardzo fajny zestaw ewaluacyjny, ale na tak małym układzie niestety niewiele można zdziałać 😞

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[FlyingDutch]

Przed chwilą, Elvis napisał:

Zapytałem o 1k LE, bo lattice ma bardzo fajny zestaw ewaluacyjny, ale na tak małym układzie niestety niewiele można zdziałać 😞

@Elvis,

zestaw FPGA "Elbert V.2" miał  zbliżoną liczbę zasobów logicznych, a bardzo fajnie się na nim uczyło podstaw VHDL'a ,czy Verilog'u 😃

Planuję też jakiś zestaw z FPGA w obudowie BGA256 i 20K LUT, ale na razie uczę się jak zaprojektować wielowarstwową płytkę PCB pod taki układ (szkoda, że nie posiadam dostepu do "Altium Designer", bo ten software ma mnóstwo ułatwień do projektowania płytek PCB w obudowach BGA)

Pozdrawiam

Edytowano Grudzień 10, 2022 przez FlyingDutch
update

[Elvis]

3 minuty temu, FlyingDutch napisał:

zestaw FPGA "Elbert V.2" miał bardzo zbliżoną liczbę zasobów logicznych, a bardzo fajnie się na nim uczyło podstaw VHDL'a ,czy Verolog'u 😃

Masz oczywiście rację, chodziło mi tylko o to, że postawienie minimalnego, dającego się używać procesora wymaga trochę więcej i tutaj chociaż 4k wydaje mi się minimum. Do opanowania podstaw i migania diodą 1k to aż za dużo.

A przy okazji nauki, jak wygląda kwestia symulatora dla układów gowin?

[FlyingDutch]

Przed chwilą, Elvis napisał:

A przy okazji nauki, jak wygląda kwestia symulatora dla układów gowin?

z tego, co czytałem, to chyba coś w tej kwestii zmieniło się na lepsze (nowe biblioteki Verilog do symulacji), ale nie miałem jeszcze czasu potestować.

Pozdrawiam

[FlyingDutch]

Cześć,

mały update: pod OS Windows10 układ FPGA bez problemów "programuje" się w trybie pamieci SRAM, natomiast są blędy, gdy próbujemy programować w trybie "Embedded Flash". Sprawdziłem na chińskiej płytce"Tang Nano 4K" (ta sama rodzina FPGA) i także nie mogę jej zaprogramować w trybie "Flash" (Windows)

Pod OS Linux mój zaprojektowany zestaw FPGA programuje się bez błędów także w trybie "Embedded Flash" - patrz zrzut ekranu:

Wynika z tego, że jest jakiś błąd w programie "Gowin Programmer" dla OS Windows.

Update:

dzisiaj za pomocą prostego programu do migania diodami LED sprawdziłem działanie większości  pinów I/O z układu FPGA (w czterech bankach) i wygląda na to, że działają poprawnie.

Pozdrawiam

Edytowano Grudzień 12, 2022 przez FlyingDutch

[FlyingDutch]

Cześć,

 teraz projektuję płytkę PCB z tym samym układem scalonym FPGA firmy Gowin. Płytka ma sporo dodatkowych układów scalonych i wyszła dość skomplikowana - patrz zrzut ekranu:

Pozdrawiam

Edytowano Grudzień 20, 2022 przez FlyingDutch

[Treker (Damian Szymański)]

@FlyingDutch w ile warstw PCB celujesz? 😉

[FlyingDutch]

5 godzin temu, Treker napisał:

@FlyingDutch w ile warstw PCB celujesz? 😉

Cześć, udało mi się skończyć z czterema warstwami.

Pozdrawiam

[FlyingDutch]

Cześć,

dodałem jeszcze kilka rzeczy i niestety musiałem przejść na sześć warstw - patrz zrzut ekranu z EasyEDA:

Przy zamówieniu 5-ciu sztuk w JLCPCB wychodzi po 85 PLN za płytkę.

Pozdrawiam

Edytowano Grudzień 28, 2022 przez FlyingDutch

[pmochocki]

36 minut temu, FlyingDutch napisał:

niestety musiałem przejść na sześć warstw - patrz zrzut ekranu z EasyEDA:

Robi wrażenie.

[Treker (Damian Szymański)]

1 godzinę temu, FlyingDutch napisał:

Przy zamówieniu 5-ciu sztuk w JLCPCB wychodzi po 85 PLN za płytkę.

Ale to poszło do przodu, jeszcze kilkanaście lat temu (przed opcją zamawiania w Chinach) koszt takiej płytki to byłyby setki, albo i tysiące złotych dla hobbysty...

[FlyingDutch]

Cześć,

już wybrałem układ FPGA na pierwszy zestaw uruchomieniowy FPGA (Gowin), który chcę opublikować jako open-hardware. Jest to układ GW1N-LV9LQ144C6/I5 - patrz link:

https://www.mouser.pl/ProductDetail/GOWIN-Semiconductor/GW1N-LV9LQ144C6-I5?qs=wnTfsH77Xs6N%2FyGezJZrJQ%3D%3D

Układ jest aktualnie dostępny "od ręki" w Mouser.pl i kosztuje około 152 PLN. Układ ma 8640 LE, co wystarcza do implementacji większości soft-cpu. Układ ma obudowę LQFP-144, dzięki czemu można go wlutować w płytkę PCB w warunkach amatorskich.  Mam zamiar zaprojektować 4-warstwową płytkę PCB dla tego zestawu. Układ będzie miał wyprowadzone na złącza (header goldpin) około 80 pinów I/O, poza tym będzie miał 8 diod LED, DIP-switch'e i switche ,oraz wyjście VGA i audio (podobnie jak  zestaw Elbert v.2 używany w forbotowym kursie VHDL). Mam zamiar zamieścić projekt zestawu jako open-hardware, oraz sprzedawać zmontowane zestawy, jak i same płytki PCB. Mam też zamiar opublikować przykłady kodu VHDL/Verilog dla programowania tego zestawu.

Pozdrawiam