Sprzężenie różnych standardów interfejsów z wykorzystaniem układów FPGA

The coupling of different standard interfaces using FPGA
Abstract: 

The FPGAs have great possibilities of their application thanks to the open structure and convenient way of their configuration. In paper, the conditions occurring in the design of FPGA applications that allows exchange of data between the different standards interfaces were described. The paper presents the stages of project implementation, starting with analysis of the activities of specific interfaces by selecting the FPGA, application and simulation design in VHDL, configuration and testing of actual operation of the system. The paper shows an example illustrating the project stages of the connection between the interfaces with different signal standards and different data frame formats. It also presents how to implement the FPGA configuration application as well as the methodology of research carried out on the stage of user functions simulation, the FPGA configuration verification and the results of research conducted during the testing operation of coupled interfaces. Taking into account the selected FPGA the proposals providing range of ts use in the context of possible signal standards implementation were formulated, input/output signal frequency restrictions were indicated as well as the examples of interface standards with which the configured FPGA can exchange the data with specific parameters of communication.

Streszczenie: 

Układy FPGA, ze względu na ich otwartą konfigurację oraz sposób ich implementacji, mają szeroki zakres zastosowań. W artykule opisano uwarunkowania występujące przy projektowaniu aplikacji z wykorzystaniem układów FPGA, umożliwiających wymianę danych pomiędzy portami interfejsów o różnych standardach. Przedstawiono etapy realizacji projektu: od analizy wybranych interfejsów, poprzez dobór odpowiedniego układu FPGA, projekt aplikacji w języku VHDL, realizację symulacji, po konfigurację układu rzeczywistego oraz testowanie jego działania. W artykule przedstawiono przykładowe rozwiązanie przyrządu do pomiaru i rejestracji parametrów jakości energii elektrycznej, ilustrujące etapy projektowania układu łączącego porty interfejsów o różnych standardach, zarówno w zakresie parametrów sygnałów interfejsowych, jak i formatów przesyłanych danych. Przedstawiono sposoby realizacji aplikacji konfiguracyjnej FPGA. Omówiono metodykę badań prowadzonych na etapie symulacji funkcji wykonywanych w FPGA dla weryfikacji konfiguracji układu. Załączono wyniki badań prowadzonych podczas testowania poprawności działania sprzężonych interfejsów. Na przykładzie wybranego układu FPGA sformułowano wnioski określające zakres jego wykorzystania w kontekście możliwych do realizacji standardów sygnałowych, ograniczeń częstotliwości sygnałów wejściowych/wyjściowych oraz wskazano przykładowe standardy interfejsów, z którymi skonfigurowany układ FPGA może wymieniać dane przy określonych parametrach komunikacji.

Issue: 
Pages: 
16
25
Download full text in pdf: 
References: 

AD7656/AD7657/AD7658, Data sheet, Rev. D, Analog Devices, 2010.

Analog Devices, ADSP-TS201 TigerSHARC® Processor, Hardware Reference, Revision 1.1, December 2004.

Analog Devices, Interfacing to High Speed ADCs via SPI, Application Note AN-877, Rev. A 12/05.

Digilent, Xilinx ISE Simulator VHDL Test Bench Tutorial, February 27, 2010.

Instytut Energetyki, Jednostka Badawczo-Rozwojowa Oddział Gdańsk, Opracowanie i wykonanie części sprzętowej prototypu analizatora/estymatora jakości energii elektrycznej oraz wykonanie oprogramowania procesora ogólnego przeznaczenia, Etap 1, Koncepcja prototypu analizatora/ estymatora, Gdańsk 2008.

Majewski J., Zbysiński P. Układy FPGA w przykładach, Elektronika Praktyczna, 2006, nr 10, 11, 12; 2007, nr 1.

National Semiconductor, LVDS Owner’s Manual, 2008.

Texas Instruments, MSP430x1xxx Family User’s Guide, 2004.

Thanee S., Somkuarnpanit S., Saetang K., FPGA-Based Multi Protocol Data Acquisition System with High Speed USB Interface, IMECS 2010, Hong Kong 2010.

Xilinx, Analog Devices TigerSHARC Link Port, Application Note: Spartan II and Spartan 3 Families, Virtex and Virtex-II Series, XAPP634 (v1.2) October 26, 2004.

Xilinx, ISE Simulator (ISim), In-depth Tutorial, April 27, 2009.

Citation pattern: Maśnicki R., Hallmann D., Sprzężenie różnych standardów interfejsów z wykorzystaniem układów FPGA, Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni, Nr 85, str. 16-25, 2014

BibTeX     EndNote