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为物联网应用开发而生——Odyssey MAX10 FPGA Evaluation Kit上手

发布时间:2020-06-24 发布时间:
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MAX 10 FPGA是Altera最新的产品之一,定位于CPLD与FPGA之间,相比CPLD增加了Flash(闪存),相比Cyclone V缺少收发器、ARM硬核等。MAX10采用NiOS II软核,可定制化,在低成本、单芯片、瞬时上电的可编程逻辑器件(PLD)中提供了先进的处理能力,具有非易失、瞬时加载、双镜像配置、内部集成模数转换模块等特点。在爱板网之前的评测文章中,我们已经接触过不少基于MAX 10 FPGA的开发板,如MAX 10 NEEK评测、BeMicro Max10评测、Altera MAX 10 FPGA评估套件评测,今天将给大家介绍另一款MAX10的开发套件——为物联网应用开发而生的Odyssey MAX 10 FPGA Evaluation Kit。

Odyssey开发套件作为一个为物联网应用设计的开发和评估套件,亮点是用户可以在iOS和Andriod手机上安装相应的APP,直接通过蓝牙接口读写数据、分析数据和远程控制。听起来挺酷的样子,先一起来见识下庐山真面目。

Odyssey开发套件由三块板卡构成:一块MAX 10 FPGA板卡、一块蓝牙及传感器开发板和一块电池板,如下图所示。

其中MAX 10 FPGA板卡和蓝牙及传感器开发板是通过连接器固定在一起的,而电池板则包装在另外一个塑料卡盒中。

MAX 10 FPGA板卡和蓝牙及传感器开发板

电池板

Odyssey MAX10 FPGA开发板板载资源包括一个MAX 10 FPGA可编程逻辑,麦克风,LED,开关,按钮和兼容Arduino nano 的扩展接口。而BLE传感器开发板包括EFM32微控制器以及各种传感器,其中传感器包括UV和环境光亮度、手势、接近传感器,脉率和血液血氧饱和度,温度和湿度,以及加速度传感器。而电池板主要是用于给BLE传感器板提供电池供电,使之成为一个真正便携式的无线应用,其中电池板也包含了一个I2C扩展端口和一个J-Link接口。下面我们来细细看下每个板子的特点。

BLE传感器开发板

将BLE传感器板从Odyssey MAX10 FPGA开发板上拆下来,如下图所示。

整个BLE传感器板是Odyssey MAX10 FPGA的核心功能部分。它包含了多种传感器、蓝牙低功耗通信Soc和EFM32微控制器。其中,EFM32微控制器和传感器是通过I2C和SPI的网络进行通信总线配置,并通过USB和JTAG处理端口与外界交互,简要的硬件系统框图如下。

事实上,BLE传感器板上无论是EFM32微控制器还是博通BCM20737S蓝牙SoC模块,都是比较流行的,EFM32主控低功耗的嵌入式市场,而板卡上的蓝牙通信Soc在爱板网之前的评测文章中就曾接触过(BCM20737S),这块仅有6.5mm * 6.5mm大小的SIP模块集成了蓝牙天线、24MHz高速时钟、512Kb EEPROM等,当你在使用BCM20737S设计物联网产品的时候,可以直接连接传感器、无需外部高速晶振的设计、无需蓝牙天线的考虑,在尽可能的缩减PCB布局的同时还能做到简单方便,加速产品成型周期,是不是很棒。

另外,在BLE传感器板上还有两个复位按键,分别是针对BLE复位以及EFM32微控制器复位,如下图所示。

Odyssey MAX10 FPGA开发板

Odyssey MAX 10 FPGA开发板上没有太多的功能,倒是有点像我们平时接触的MCU的最小系统板,板卡上搭载一些常见的功能器件,包括MEMS麦克风,LED灯,拨码开关,按钮等。

值得一提的是,Odyssey MAX 10 FPGA开发板搭载了兼容Arduino nano的扩展接口。另外,FPGA开发板通过I2C与BLE传感器板通信,而BLE传感器板可以通过FPGA板卡上的JTAG接口编程或者也可以直接通过板载的EFM32微控制器编程。

Odyssey MAX 10 FPGA评估板板载的MAX 10 FPGA具体型号为10M08SAU169C8GES,这是Altera MAX 10系列中面向中低端的产品,采用了169pin的UBGA封装,大小为11mm*11mm,如下图所示。

和其它系列的MAX 10产品相同,10M08同样集成了包括AD转换器、双配置闪存、数字信号处理(DSP)模块,锁相环,用户闪存、DDR3 外部存储器接口以及Nios II软核嵌入式处理器。有关MAX10系列FPGA各规格的特点如下表所示。

在Odyssey MAX 10 FPGA开发板的背面可以看到兼容Arduino nano的扩展接口以及整个板卡的供电系统。

具体的供电系统逻辑分布情况如下:

电池板

电池板是整个Odyssey MAX 10 FPGA评估套件中最简单的一块板卡,板载的资源一目了然。

其中特别要注意的是在与BLE传感器板卡连接的时候,开发BLE模块时的不同模式之间的切换。

上电使用

我们通过实际上电来进一步了解开发板。在本文一开始已经提到,Odyssey开发套件作为一个为物联网应用设计的开发和评估套件,亮点是用户可以在iOS和Andriod手机上安装相应的APP,直接通过蓝牙接口读写数据、分析数据和远程控制。接下来我们就通过实际安装APP来体验下套件的这些功能。

Odyssey开发套件支持安卓和苹果系统的APP,下面以ios系统为例,安卓的应用可能要到Google Play商店下载,国内用户用户用起来不是太方便。通过MicroUSB接口给Odyssey开发套件上电,这里也出现了一些比较不人性化的体验,开发板上电的时候没有相应提示的指示灯,以至于初次接触的用户可能会疑惑到底板卡工作了没。

好在通过手机APP端可以检索到开发板的蓝牙地址,就是下图中的Macnica_Mpression一栏,点击配对连接。

蓝牙连接之后,可以在Personality List这一栏中看到相应的应用功能,总过有8个,包括ADC、远程控制、频率检测、温湿度、心率检测等。不过在实际的使用过程中,Personality List这一栏的内容会出现显示不出的情况,体验有点差。

第一眼看到就比较感兴趣的心率检测,忍不住测试了下。

得到的数据为73BPM,表明大概一分钟的心跳大概为73次,而实际测试过程中的时间仅为十几秒钟,非常快,另外也看了下温湿度的显示,获取的数据有延迟的现象。

在MAX 10 Remote Control的应用中,我们可以通过手机APP直接控制开发板上的LED,如下图所示

点击LEDs all on,板卡上的8个LED全部都点亮,但是控制的过程中还是有延迟现象。

更多的功能本文就不再一一演示了,在手机APP实际使用过程中,APP本身比较简单,有闪退的问题,而另一个比较致命的问题就是在跟板卡通信的时候延时特别严重,或许真只能当做一个工程演示的Demo版本,如果要应用到实际的产品中去还有待完善。

小结

介绍了Odyssey MAX10 FPGA评估套件的硬件组成以及简单的上手体验,说句实话,套件本身完全可以当做两个产品来使用,MAX10 FPGA开发板是作为基于MAX10 FPGA做的一款拇指型原型板,兼容Arduino nano扩展接口,方便工程师学习调试,而BLE传感器板和电源板的组合就是一个面向物联网应用的便携式传低功耗感器套件,有博通的蓝牙通信Soc,有低功耗的EFM32微控制器,官方也为该开发套件提供了多种FPGA设计和MCU代码,用户可以根据自己的需求做个性化的设置,对Odyssey MAX10 FPGA评估套件感兴趣的朋友可以在爱板网免费申请试用。




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