如何基于 Spartan-7 打造高性能低成本工业应用?

SP701 是一款基于赛灵思 Spartan®-7 FPGA的评估套件,Spartan-7 FPGA 是赛灵思 28nm 7系列 FPGA 中最佳性能功耗比的器件系列,是传感器密集型应用(如工业网络、嵌入式视觉和汽车等)的理想选择。本文作者赛灵思工业业务部市场营销主管 Michael Zapke ,就如何在工业领域发掘该开发板的价值提供了详细攻略。

关于 SP701 这块评估套件,您是否注意到其拥有两个以太网端口?是否想知道如何快速上手这个开发板?答案就是:将它用作 EtherCAT 从设备!

Spartan-7 SP701 FPGA 评估套件

Spartan-7 SP701 FPGA 评估套件

两个三速以太网端口与 FPGA 逻辑相连,非常适用于实现具有严格的实时要求的工业以太网。EtherCAT 是工业控制器、电驱动器等致动器、传感器和 I/O 间最常用的网络协议之一。EtherCAT 从设备支持在硬件中以非常确定的方式处理流量,时延短且可预测,并能以低至 12.5µs 的微小间隔循环流量。从设备可以通过专用 ASIC 来实现,更具吸引力的是将它能完全集成到同样包含定制功能的平台设备中。

EtherCAT 技术协会 (ETG) 是所有部署 EtherCAT 的公司的联络点,负责维护和发展 EtherCAT 使用框架。赛灵思是 ETG 的 5,700 多个成员之一。EtherCAT 的历史与发明 EtherCAT 的公司密不可分:德国自动化技术专业公司 Beckhoff Automation。Beckhoff 提供多种类型的 EtherCAT 产品,其中包括供 ETG 成员评估和许可的 FPGA EtherCAT IP 核。

EtherCAT 基于 SP701 运行

SP701 现在能够运行直接由 Beckhoff 提供的免费 EtherCAT 从设备示例设计,其中包括:

  • 适用于 Vivado® IP 集成器 (IPI) 的 EtherCAT IP 核
  • 在 AXI 和 RGMII 情景下使用的封装程序
  • 用来构建设计的 TCL 脚本
  • XML 中的 EtherCAT 器件描述
  • 在赛灵思 SDK 中用作软件模板的 C 语言源代码,用于创建示例应用
  • 介绍示例设计实现与功能演示的文档 (PDF)
  • Vivado 设计套件项目总结

    Vivado 设计套件项目总结

    SP701 上的配置包括两个 RGMII,使用板载 PHY 和 RJ-45 端口。功能上支持 4 个 FMMU、4 个 SyncManager 和分布式时钟。在测试应用方面,示例设计内部包含一个通过 AXI4 进行连接的 MicroBlaze™ 软核。该示例设计使用 23% 的片 LUT、54% 的块 RAM、13% 的混合模式时钟管理器 (MMCM),其中一个留出大量空间用于附加的定制功能。

    面向低成本联网工业节点

    Spartan-7 FPGA 是可实现灵活连接、传感器融合和嵌入式视觉的理想器件。其优异的单位功耗性能以及所采用的小型封装能够满足最严格的要求。

    Beckhoff 提供的 EtherCAT 从设备 IP 核助力 Spartan-7 FPGA 以优化型成本提供了下列功能:

  • 电动机控制
  • 智能传感器
  • 工业 I/O
  • 机器视觉
  • 配备可编程逻辑、大量速率高达 1.25Gb/s LVDS 的灵活 I/O,并灵活选配 MicroBlaze 或 Arm® Cortex®-M1 和 M3 等软处理器内核,就能构建出完整的 EtherCAT 功能节点,既可独立运行,又能连接到主机处理器。同时,大量的 Pmod 连接器可借助商业模块轻松实现低成本扩展。

    原理图中的 EtherCAT IP

    原理图中的 EtherCAT IP

    如何获得 EtherCAT 许可证?

    IP 许可证由 Beckhoff Automation 提供。如果您还不是 EtherCAT 技术协会的成员,那么请申请获得免费成员资格。详情请访问 ETG 主页:ethercat.org。

    EtherCAT IP 核符号

    ETG 成员可向 Beckhoff 免费申请获得 EtherCAT IP 核的三月期节点锁定评估许可证,同时您还可以获得 SP701 示例设计。

    示例设计文档

    此外,Beckhoff 向赛灵思提供的完整 Beckhoff EtherCAT IP 核也可在订单代码 ET1815 和 ET1816 下用于产品开发。如需了解更多详情,请联系您最近的 Beckhoff 销售办事处或发送电子邮件到 michael.zapke@xilinx.com 垂询。

    拓展阅读

    赛灵思 Spartan®FPGA 系列自 1998 年问世以来就一直是业界领先的成本优化型 FPGA 产品系列。该系列包含数代成本优化型小尺寸器件,旨在实现桥接、交换、控制、处理、接口等功能。为应对日益提高的功能和小尺寸要求,Spartan-7 系列致力于在小面积封装中提供成本优化的高性能可编程逻辑。

    文章来源: 一点灵Xi

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