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Smart-USB Plus製品
『CX-Card5』システム開発ボード
 Smart-USB Sigma(TM)ファミリ   USB3.0に対応したFPGAボードSmart-USBPlus製品ファミリPbFree仕様
特長 | システム概要 | ハードウェア構成 | ソフトウェア構成 | FPGA開発環境 | 製品構成 | 資料 | ボードオプション | 製品問い合わせ

特長

5GbpsのUSB3.0インタフェースとアルテラFPGAを組み合わせたシステム開発ボード (FPGAボード) です. FPGAの柔軟性と高速なUSBでシステム開発を促進します.

お客様の最終製品に組込めるので、小ロット、多品種、短納期のシステム開発に最適です.

32bitデータ幅のLPDDR2を採用して、2.4GB/sのデータ処理を実現します

USBデバイスドライバ、制御ソフト(オープンソース)、FPGAのサンプル回路(HDL記述)を標準添付.USBインタフェースに関するソフト開発は不要です.

産業機器への組み込み、計測・制御機器の開発、画像・通信処理、ASIC/IPの評価・検証など、様々な場面でご利用いただけます.

USB経由でFPGAを瞬間コンフィグ(120ms前後)できるので、動作中のFPGAデータ書き換えにも柔軟に対応できます.

USB3.0により高速で連続したデータ転送ができます.ボードに搭載したメモリ以上のデータを一度に転送できます(PCのHDD空き容量に依存).

 
 

CX-Card5 システム開発ボード 外観

<CX-Card5 外観:名刺2枚分の大きさ>

 

 

 


システム概要

 高速インタフェースのUSB3.0とアルテラ CycloneV GX を搭載したシステム開発のベースになるFPGAボードです. FPGAでは高速動作のできる論理回路や柔軟性のある論理回路およびトランシーバ回路を構成できます. 

FPGA周辺回路として、32bitデータ幅の4Gb-LPDDR2メモリとパラメータ等の小規模なデータを高速に保存できる256KbitのMRAMと組み合わせて、ローパワー化を求められる様々なユーザ・アプリケーションにも対応できます. 

 外部システム(基板)との接続には、ボード裏面(ハンダ面)にFPGAのIOを収容したメザニンコネクタ2個を使用します.FPGAのI/O機能を設定することにより、1.2V〜3.3Vのシングルエンド信号 またはLVDS信号 として利用できます.

 高速なUSB3.0インタフェース、大容量LPDDR2メモリ、高速I/Oを備えたことにより、高速・大容量データ処理が必要な広帯域データ処理アプリケーションにも、PCIeバスでなくUSBバスを利用したCX-Card5を適用できます.

 デスクトップPCだけでなく、ノートPCやタブレットでの開発・運用が可能です.
USB3.0により高性能なシステムの小型化が可能になり、システムの拡張性が容易に行えます.

 ボード単独での論理回路の評価はもちろんのこと、計測制御システムとしてボード本体にアナログ等の機能を備えた子基板を追加したり、ユーザ・システムの検査機器や開発用の治具製作など、システムの要として利用できる構成です.

ボードには使いやすいリファレンス制御ソフトウエアを付属し、FPGAに設定したハードウエア・レジスタの制御や、メモリのリード/ライト、I2C制御など、GUIによる直感的な制御が可能です. 制御ソフトウエアは、ユーザ・カスタマイスができるようにオープンソース化しています.

【コンフィグデータの保護】
FPGAデータを保護するために、コンフィグデータの暗号化ができます.

【システム拡張例】
画像処理、ASICエミュレーション、機器制御などへの拡張例があります.

<用途:少量生産、短納期、低コストを目指すシステム開発に最適です>
・ 計測・制御機器の開発
・多チャネルのパターン生成システム
・ 高速ADCを利用したデータ収集システム
・ 液晶パネル評価、検証
・ システム検証機器のプラットフォーム
・ イメージセンサ等の
データ収集システムのプラットフォーム
・ ASIC/IPの評価・検証システム
・ 画像データ入出力ボード
・ ワイヤレス通信のベースバンド処理

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ボード ブロック図

<拡大>

CX-Card5 ハンダ面

<CX-Card5ハンダ面>


ハードウェア構成
基板 110 x 91 (mm) 12層  鉛フリー仕様 (国産)  Revision 1.0
(名刺2枚分の大きさです)
FPGA

アルテラ 社製 Cyclone V GXシリーズ 5CGXFC7D7F27C8N
 ( LE数:194.5K、ハードメモリコントローラ内蔵、トランシーバ9ch、トランシーバ速度0.6G〜2.5Gbps、内蔵メモリ:8Mbit、DSPブロック:156個、PLL数:7個)

内蔵メモリ(DPRAM)アクセス速度max.240MHz、LVDS(SDR SERDES)640Mbps、PLL入力min.5MHz

・ コンフィグデータのCRCエラー検出機能
・ コンフィグデータの暗号化機能
・ FPGA
温度検出機能

USB3.0 コントローラ

サイプレス社製 CYUSB3014   SuperSpeed/High Speed/Full Speed 対応
FPGAと32bitデータバス(100MHz)でインタフェースしています.

コンフィグROM 256MbitシリアルFlashROM (EPCQ256) : 
ALTERA製JTAGダウンロードケーブル等でプログラムします.
コンフィグデータの暗号化機能をサポート.
サポートPLD ALTERA社製 MAX Vシリーズ:
FPGAのコンフィグ機能をサポートします.ユーザが書き換えて利用することはできません.
メモリ(RAM)

4Gb-LPDDR2 (128M x 32bit) 600Mbps/pin: MT42L128M32D1GU-25WT を搭載
Quartus2付属のUniPHY IPを利用できます. 600MHz x 4バイト = 2.4GB/s

256KbitシリアルMRAM :3線SPI対応の不揮発性SRAM (エバースピン社 MR25H256CDC)
パラメータ値など小規模なデータを不揮発性データとして格納可能.

電源

単一 +5V 外部給電. ユーザI/Oコネクタから+5V電源をボード外部に出力できます.

<消費電流 計測値>
FPGA未コンフィグ、USB3.0未接続の状態: 312mA/5V
FPGA未コンフィグ、USB3.0接続の状態  : 380mA/5V
FPGAコンフィグ(LPDDR2アクセス)、USB3.0接続の状態: 614〜715mA/5V

USBケーブル給電だけでも余裕で動作するシステムを構築できます.

電源ポート DCジャック(最大4A)、 源源コネクタ(最大10A) 
USBポート

USB3.0 MicroUSB Type-B  (USB3.0運用時、最大900mA/5V給電が可能です)
 ※ USB2.0 MicroBケーブル接続によりUSB2.0 HighSpeedでの運用もできます.

シリアルポート RS-232 1ch (FPGAから制御)
I2Cポート 1ch (FPGAから直接制御できません.ホストPCから制御します.)
ユーザI/O (高速コネクタ)

FPGAのIOピンと直結. 50Ω/100Ωインピーダンス整合済み.
ハンダ面に120ピン・コネクタ(メザニンコネクタ)を2個配置しています.

<CN1>
・ DipSWにより1.2V〜3.3Vまで設定してシングルエンド信号として利用できるI/O: 92本
または
・ LVDS(差動)信号としてTx 23ch、Rx 23ch構成できます (Tx ch、Rx chはあらかじめ決められたピンで設定します
).

<CN2>
・ 3.3V固定のシングルエンドI/O: 52本
・ トランシーバ I/O : Tx 9ch  Rx 9ch、リファレンスクロック入力3ch

ユーザI/O (GPIO) 3.3V LVTTL/LVCMOS、スルーホール(1列 2.54mmピッチ)仕様 6本 
(コネクタを実装していません)
観測用のピンまたはLEDやスイッチ等の追加に利用できます       

トランシーバ I/O 

FPGAのIOピンとコネクタ間はAC結合. インピーダンス整合済み. 
Max. 2.5Gbpsのレートで運用可能です.

入力・出力それぞれ9ch、専用リファレンスクロック入力ピン 3ch 

ユーザI/Oコネクタ(CN2)の一部に収容しています.オプションのCard-UNIV4により、極小BNCコネクタに変換できます.

トランシーバ用クロック 専用リファレンスクロック入力ピン 2chを極小BNCコネクタにより入力できます.
3.3V仕様のLVDS出力水晶発振器を1個実装できる予備エリアを確保しています.
外部接続用JTAGコネクタ JTAGポートを持つ外部システムとJTAGチェイン化ができます.5pin 1列ピンヘッダ(2.54mmピッチ)
JTAGは+3.3V系です.これ以外の電源系とチェイン化する場合は、電圧変換してください.
外部FPGAコンフィグ用
コネクタ
2.54mmピッチ(10ピン)に 外部FPGAコンフィグ用の制御線を収容.+3.3V系です.
※製品出荷時には外部コンフィグ機能を実装していません. 詳細はお問い合わせください.
スイッチ類 汎用ディップスイッチ 4bit、汎用タクトスイッチ 1個
表示器類(汎用)

LED 8bit()スタティック点灯方式 、4桁 7セグメント()ダイナミック点灯方式

水晶発振器

100MHz LVCMOS (FPGAオンチップPLLで可変可能)
100MHz LVDS (LPDDR2用)
3.3V系LVDS 予備搭載エリア1個(トランシーバ用)


ソフトウェア構成
USB3.0 インタフェース
  1. USB3.0 仕様準拠
    (USBコントロール/バルク転送対応)、Super Speed/High Speed/Full Speed対応.
  2. バイナリレベルですべてのデータを提供、ユーザがUSB仕様に基づいてドライバやファームウエアを開発する必要がありません.
  3. 専用APIを提供しているので、USBプロトコルの知識が不要です.
  4. USB3.0の実効データ転送レートは、PC仕様に依存しますが、平均して約350MB/sの転送レートを実現することができます

    ルネサス社のUSB3.0ホストICを採用したUSB3.0ポートでは、上記性能より PC→ボード方向で約15%転送レートが低下します.PC←ボード方向では、約5%低下します.
    高速性を求める場合は、チップセット内蔵タイプのUSB3.0ポートをご用意ください.


    ・汎用USBデバイスドライバ(WinUSB)
    ・ファームウエア (バイナリ供給) 最新版 0302h 更新内容
    ・アプリケーションソフト(オープンソース供給; ユーザカスタマイズが可能です)

USBファームウエアは、オンボードのシリアルROMにプログラムしています.ボードの機能向上の際には、USBファームウエア更新ユーティリティ"FirmWriter"を提供し、机上での簡単な操作でROMの書き換えが可能です.

対応OS、PC仕様
  • Windows 7/8  (32bit/64bit)対応 
  • Linux (Ubuntu12.10) 対応 (Windows版より30%程度低速になります)
  • USB3.0ポートを備えること
    (PCチップセット内にUSB3.0ホスト機能を内蔵するPC(USB3.0ネイティブ)で運用してください.PCIeバスに接続するIFカード等では性能が低下します.)
制御ソフトウエア
  • GUIベースの制御アプリケーション(RefApp7.exe)を標準添付しています.
    オープンソースのソフトウエアなので、カスタマイズも容易です.
    また、 インターネットから常に最新の制御ソフトを入手可能できます.
  • 制御ソフトウエアの機能は、こちらをご覧ください
  • コンフィグデータの暗号化機能

FPGA開発環境

アルテラWebサイトから無償の "Quartus Prime Lite edition" をダウンロードし利用できます.


製品構成
CX-Card5/7D8 FPGA : 5CGXFC7D7F27C8N搭載  価格:\155,000 (税別)   在庫

 ( LE数:194.5K、ハードメモリコントローラ内蔵、トランシーバ9ch、トランシーバ速度2.5Gbps、内蔵ブロックメモリ:6.86 Mbit、DSPブロック:156個、PLL数:7個)

ボード付属品:ソフトウエアやハードウエア情報を収録したCD-ROM 1枚、 USB3.0ケーブル 1本、ACアダプタ 1個
搭載するFPGAを変更することで上記型番以外でも対応できますので、お気軽にお問い合わせください.


資料
技術データベース Smart-USBPlus/Sigama製品ページ (FAQ) をご覧下さい。 
1台のPCで複数台のボードを制御する方法
FPGAコンフィグデータの暗号化
ボード仕様書

CX-Card5 ボード仕様 ver1.1 (PDF:747KB)

アプリケーションノート

SUA017 USBインタフェースプロトコル概要(USB制御IC−FPGA間 仕様) (PDF:1.3MB)

USB関連資料 Smart-USB製品の概要(pps)、 Smart-USB製品の概要(PDF)

ボードオプション
 
専用コネクタ変換基板 #4

 

コネクタ変換基板#4  <型番: Card-UNIV4>  価格 \20,000(税別)

CX-Card5ボードの高速コネクタを、30pinコネクタ6個に変換することができます.
差動信号の場合、Tx 20ch、 Rx 23chを構成できます.

トランシーバ・ポートは 8ch分のUMCコネクタ(極小BNC)に変換します.
SMAコネクタではMax.6.4Gbps、UMCコネクタではMax.4Gbpsで動作します.

  • SMA: Tx ch0
  • U.FLタイプ(UMC): Tx 8ch / Rx 9ch

ユニバーサルエリアは2.54mmピッチです.
LED、7セグ、スイッチ等はありません.

※'16.4月出荷分から、基板表面処理がフラックス処理からレベラー処理になります(画像はフラックス処理です).

 
リドライバ機能付きUSB3.0コネクタ


 

< リドライバ機能付きUSB3.0コネクタ >

型番 < PSI-3000 > 価格: \7,000 (税別)

ホストPCとはUSB Type-Bコネクタで接続します. CX-Card5とはUSB Type-Aコネクタで接続します.

筐体のフロントパネルやバックパネル等に取り付けて使用します.筐体内では最大3mのUSB3.0ケーブル取り回しが可能です.

基板サイズ:W47 x H34 (mm)

 
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