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Smart-USB Plus製品
USB3.0対応 FPGAボード 『KX-Card7』
 Smart-USB Sigma(TM)ファミリ   USB3.0 に対応した高機能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

USB3.0とザイリンクス FPGA (Kintex7)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5Gbpsの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.

DDR3 3バンクを採用して、高速で柔軟性のある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、あらゆる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(0.03秒以下)できるので、ボード運用中のFPGAデータ書き換えも可能です.

USB経由で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).

 
 

『KX-Card7』システム開発ボード外観

<KX-Card7 外観>


当社はザイリンクス社のアソシエイトパートナーです

 

 


システム概要

 高速インタフェースのUSB3.0とザイリンクス FPGA Kintex7 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、4Gb-DDR3メモリを3バンクの他、大規模データを保存できる256MbitのシリアルFlashROMや、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、様々なユーザ・アプリケーションに対応できます. 

 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 (154本) またはLVDS信号 (72ch) として利用できます.右写真の黄色枠部分にはFPGAトランシーバ回路のRx/Txポートを収容しています.

 高速なUSB3.0インタフェース、大容量DDR3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バスを利用したシステム開発ボードが適用できます.

 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として、システムのベース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 : 小ロット、短納期、低コスト向けシステム開発に最適>
・ 計測制御機器の開発
・ 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
・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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FPGAボード ブロック図

<拡大>

 

KX-Card7 ハンダ面
<KX-Card7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
FPGA

ザイリンクス 社製 Kintex7 シリーズ

XC7K160T-1FFG676C( LC数:162K、内蔵メモリ:11.7Mbit、DSPブロック:600個、CMT(PLL)数:8個、トランシーバ速度0.5G〜8Gbps)

内蔵メモリ(DPRAM)アクセス速度max.458MHz、LVDS(DDR SERDES)950Mbps、PLL入力min10MHz

・ 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 128MbitシリアルFlashROM (Quad I/O)) : 
ザイリンクス製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 ザイリンクス社製 CPLD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)

12Gbit DDR3 : 4Gbitメモリ(マイクロン社製 MT41K512M8RH-125:E) を3面 搭載
3個のメモリに同時アクセスが可能.メモリ帯域 3.9GB/s (DDR3 1面当たり 1.3GB/s).
Vivado付属のDDR3制御IPを利用できます.

256KbitシリアルMRAM :3線SP(40MHz)I対応の不揮発性SRAM 
(エバースピン社 MR25H256CDC)
システム起動時、終了時に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できます.

メモリ(ROM)

256MbitシリアルROM (マイクロン社製 N25Q256A13EF840E) SPI互換、Quad I/O対応.
FlashROM(NOR): 画像データの様な大規模データやデータ生成等で利用できる繰り返しデータなどを
保存しておくことができます.

電源

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

FPGA未コンフィグ、USB3.0未接続の状態で 消費電流 :357mA/5V
FPGA未コンフィグ、USB3.0接続の状態で 消費電流 :422mA/5V
FPGAコンフィグ(DDR3アクセス)、USB3.0接続の状態で 消費電流 :1280mA/5V

電源ポート DCジャック(最大4A)、 2pin電源コネクタ(最大10A) 
USB3.0 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.

・ 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: 152 本
   (内、2本がLEDにも接続)  この他ADC専用ピン2入力(差動) 
または
・ LVDS(差動)信号として72ch構成できます (全ch出力や入力に切り替え可能です).

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. コネクタ毎にIO電圧を個別設定できます.

ユーザI/O (GPIO)

3.3V仕様スルーホール(2.54mmピッチ)、FPGAのIOピンと直結. 8本.
50Ω/100Ωインピーダンス整合済み. 3.3V系LVDSとして max. 4ch構成可能.

トランシーバI/O 

FPGAのIOピンと直結。 50Ω/100Ωインピーダンス整合済み.
入力・出力それぞれ8ch、専用クロック入力ピン 2ch 

ユーザI/Oコネクタ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.

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+1.8V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
ヒロセ製DF14A-10P-1.25コネクタ(10ピン)に 外部FPGAコンフィグ用の制御線を収容.
※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() 、ユーザI/Oピンに接続する2色LED() 1個
水晶発振器

100MHz(FPGAオンチップPLLで可変可能)-DDR3用クロックも100MHz系で制御できます.
3.3V系LVDS 予備搭載エリア3個(内、1個はDDR3専用)、3,3V系CMOS 予備搭載エリア2個、
1.8V系 予備搭載エリア1個.


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%程度低下します.
    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) '17.4.12更新 最新版 0305h 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

ザイリンクスのWebサイトから無償の"Vivado WebPACK"をダウンロードし利用できます.
(※但し、FPGAサイズが160以下の場合です. FPGAにXC7K325Tを搭載する場合はVivado Design EditionまたはSystem Editionをご用意下さい.)


製品構成
KX-Card7/16F1 XC7K160T-1FFG676C搭載 標準価格:\198,000 (税別)   納期 在庫

(LC数:162K、内蔵メモリ:11.7Mbit、DSPスライス:400個、PLL数:8個)
DDR3アクセスが高速です(DDR3-1333MHz) トランシーバ性能 0.5Gbps〜8Gbps.
DDR LVDS : 950Mbps
KX-Card7/16F2

XC7K160T-2FFG676C搭載 標準価格:\215,000 (税別)   納期 在庫

(LC数:162K、内蔵メモリ:11.7Mbit、DSPスライス:400個、PLL数:8個)
DDR3アクセスがさらに高速です(DDR3-1600MHz) トランシーバ性能 0.5Gbps〜10Gbps.
DDR LVDS :1250Mbps

KX-Card7/7B1

XC7K70T-1FBG676C搭載 標準価格:\180,000 (税別) 納期: 標準納期3W 

(LC数:65K、内蔵メモリ:4.8Mbit、DSPスライス:240個、PLL数:6個)
DDR3アクセス(DDR3-666MHz) , (注)表示器、MRAM、FlashROMが利用できません.
トランシーバ性能 0.5Gbps〜6.6Gbps.

KX-Card7/32F1 XC7K325T-1FFG676C搭載 標準価格:\420,000 (税別) 納期:お問い合わせください
  
(LC数:326K、内蔵メモリ:16Mbit、DSPスライス:840個、PLL数:10個)
DDR3アクセス(DDR3-1333MHz) トランシーバ性能 0.5Gbps〜8Gbps.
KX-Card7/32B1 XC7K325T-1FBG676C搭載 標準価格:\350,000 (税別) 納期:お問い合わせください
  
(LC数:326K、内蔵メモリ:16Mbit、DSPスライス:840個、PLL数:10個)
DDR3アクセス(DDR3-666MHz) トランシーバ性能 0.5Gbps〜6.6Gbps.

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

KX-Card7 ボード仕様 ver1.6 (PDF:1.2MB)

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
 
専用コネクタ変換ボード #4
Card-UNIV4 コネクタ変換基板 #4
 

品名:コネクタ変換ボード #4 <型番: Card-UNIV4 >  価格: \20,000(税別)

KX-Card7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. 一部のコネクタは差動配線しています.

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:Refクロック用 1ch
  • U.FLタイプ(UMC): Tx 8ch / Rx 8ch

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. KX-Card7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:W34 x D47 (mm)


FPGA専用冷却ファン


 

品名 : 冷却ファン  < 型番:PCF3245V > 価格: \4,500 (税別)

KX-Card7に利用できるFPGA冷却ファンです.
寸法:  29.5mm角、高さ24mm (基板面からファンの最高点まで約27.5mm)

FPGAとは専用の両面テープ(固着用) または αゲルシート(取り外し可能)で固定します.

付属品: 専用両面テープ 、αゲルシート 各1枚

熱抵抗値:
3.595℃/W (5W入力時)
3.214℃/W (10W入力時)
3.030℃/W (15W入力時)


 


 

品名 : 高速ADボード < 型番:HSAD500 > 価格: \137,000 (税別)

500MSps 12bit AD変換ボードです.FPGAとはパラレルLVDSで接続します.

AD入力ポートは2系統あり、どちらもシングルエンドまたは差動入力(max.1Vpp)ができます.


 

 
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