システム開発ボード mxcard

Page 1:Smart-USB Plus 製品ファミリmxcard システム開発ボード仕様 Ver2.0Prime Systems, Inc1概要mxcard は簡単に使える USB2.0 インタフェースとアルテラ社のADCコア内蔵FPGA MAX10 を搭載したシステム開発ボード（FPGA ボード）です．ワンチップマイコンでは一般的な ADC コアを FPGA にも内蔵し、USB を利用したデータ収集や、FPGA ロジックを利用したDSP 処理など、マイコンより高速で柔軟性のあるシステム開発ができます．この製品は USB2.0 インタフェースを実装し、FPGA コンフィグを USB 経由で実行できるほか、FPGA 内のハードウエア・レジスタ制御や PC とボード間のデータ転送制御が簡単にできます．また、外部基板とのインタフェース電圧も基板上のディップスイッチを使って、1.2V～3.3V まで設定できます．近年の FPGA は高機能化し、コンフィグ回路や電源回路、メモリインタフェース回路など、基板設計に複雑さを増しています．さらに USB インタフェースを搭載すると、開発期間が長くなり、多くの開発コストが必要です．ユーザ機器に既製の FPGAボードを組み込むことで、複雑な FPGA 周辺回路と USB インタフェースを即座に実現できるので、FPGA ボード開発のリスクを無くし、全体的な開発コストの低減ができます．<mxcard 外観>＜適用アプリケーション＞◆ 装置の USB インタフェースとして…小型基板サイズを生かして、USB2.0 インタフェースを装置に実現できます．複雑な FPGA 周辺回路は実装済みなので、FPGAボードと接続するボード側では、FPGA や USB の専門的な技術検討が不要です。◆ マイコンの置き換えとして…一般的なマイコンと同様の ADC コアを内蔵しているので、FPGA ハードウエア技術者でも、簡単に ADC を制御して USBでデータ収集ができます．特長 小型で組込に最適 名刺の半分の大きさにアナログとディジタル回路を詰め込み、高性能なI/Oコネクタにより外部システムと接続できます． アルテラ製FPGA “MAX10” 12bit 1MSps ADCコアを最大２個内蔵、最大18chのアナログ信号を扱えます． 無償開発ツールが利用できます．（専用JTAGダウンロードケーブルは不要です） USB 2.0（High Speed）インタフェース 実効データ転送レート： 平均40MByte/s デバイスドライバ、DLL、オープンソース・リファレンスアプリ(C /VB.net/Excel VBA)標準添付 高速 I/O ポート コネクタ接続による信号品質の劣化がほとんどありません． I/O ピン 74 本、I/O 電圧 1.2V～3.3V 可変 FPGA と I/O コネクタ間の配線は５０Ω のインピーダンス整合済み LVDS/RSDS の差動信号に対応． 最大 20ch.

Page 2:Smart-USB Plus 製品ファミリmxcard システム開発ボード仕様 Ver2.0Prime Systems, Inc2 18ch アナログポート 0~2.5V 入力、1Msps ADC コア 2 個（FPGA 規模により 1 個の場合もあり） 不揮発性メモリ 256Kbit-FRAM 搭載 最大 33MHz SPI 制御のシリアルメモリ プログラマブル計装アンプ搭載 SPI でプログラムできる計装アンプ 1ch様々なセンサを直結できます．ハードウエア仕様＜mxcard ボードブロック図＞1. FPGA 部アルテラ社 MAX10 FPGA （256BGA）FPGA 型番 10MxxDAF256C8Gxx には 08/25/50 が入ります．FPGA 仕様比較08 25 50内蔵メモリ（Kb） 378 675 1260内蔵 Flash(Kb) 1376 3200 5888ADC コア(個) 1 2 2PLL (個) 2 4 412bit ADC コアは 1Msps で動作し、無償の IP を利用して最大 18ch のデータをシーケンサにより制御・収集できます．2. USB インタフェースCY7C68013A-56LFXC： USB2.0（High Speed）に準拠した USB 制御 IC（Cypress 社製 FX2 デバイス）を搭載しています． この制御 IC と FPGA が接続しています． FPGA には USB 制御 IC とのインタフェース回路が用意されているので、購入後すぐに PC と USB を使った 通 信 が で き ま す ． こ の USB イ ン タ フ ェ ー ス はSmart-USB Plus システムコア（注 1)を採用しているので、高速なデータ転送が可能です． USB 転送は以下の２種類をサポートしています．「 コントロール転送 および バルク転送 」USB コントロール転送は、FPGA 内に構成したハードウエア・レジスタなどへのアクセスに使用します． USB バルク転送は、大容量データを PC に転送したり、PC からボードに転送するときに使用します．バルク転送時の実データ転送レートは、平均 40MByte/s（注 2）を実現しています．注１) USB システムコア：USB に必要な全てのデータをパッケージ． ユーザシステムにドロップインで利用できるシステムIP です．注２）40MByte/s のデータ転送レートは、すべての PC でこの転送レートが約束されるわけではありません．3. FPGA コンフィギュレーションUSB コンフィギュレーションメーカー純正のダウンロードケーブルを使用せずに、USBケーブルでそのまま FPGA のコンフィグができます．遠隔制御での回路書き換えにも対応できます．4. 外部メモリMB85RS256B： 不揮発性メモリの 256Kbit FRAM(富士通製)です．10 兆回のRD/WRに対応し、最大33MHzSPI により、パラメータデータなどの小規模データを読み書きできます．ただし、RD 時の最大速度は 25MHz．

Page 3:Smart-USB Plus 製品ファミリmxcard システム開発ボード仕様 Ver2.0Prime Systems, Inc35. 外部接続用コネクタ（高速 I/O）FPGA の I/O ピン 74 本を外部システムとの接続に利用できます．FPGA I/O バンク 3,4,5,7 に収容する I/Oピンを、120 ピンのインピーダンス・マッチング・コネクタ（Samtec 社製メザニンコネクタ） に収容しています．接続するコネクタの型番は、QTH-060-0X-L-D-A です．X には 1 から 4 までの数字が入り、それぞれ接続したときの基板間距離が異なります．<mxcard コネクタ面>I/O 電圧(VCCIO) は 1.2V / 1.5V / 1.8V / 2.5V /3.0V / 3.3V のいずれかに設定して運用できます．このI/O 電源はエンピリオン社の EN5311（DCDC コンバータ）により生成しています．最大出力電流は 1A です．VCCIO は FPGA I/O バンク 3,4,5,7 と共通で、外部ボードに給電も可能です．また、mxcard に給電する 5V をこのコネクタ経由で外部システムに給電することができます．最大 3～4A の目安で外部システムに給電することができます．外部とのクロックインタフェースは、入力 2 系統を FPGAの PLL に入力できます．※FPGA が 08 の場合で、ADC を利用する場合には入力クロック周波数に制限が発生します．FPGA の IO 設定を開発ツール上で変更することにより、最大 20ch（入力）または 13ch（出力）の差動信号（出力時）に設定することができます．入力のみサポートする ch は 7ch、入力と出力をサポートする ch は 13ch です．LVDS 設定する場合の I/O 電圧は2.5V で、最大転送レートは 640Mbps です．※外部接続用コネクタから 5V を給電することも可能です．< I/O コネクタ 5V 電源系統図 >6. 汎用 IO ポート（GPIO）1 列 10pin（2.54mm ピッチ スルーホール）に FPGAの 3.3V-IO を 8 本収容しています．テストピンとして利用したり、ケースに収容した際のスイッチポートや LED出力ピンとして使えます．オプションの「Card-UNIV5 コネクタ変換ボード」に搭載する可変水晶発振器と RTC は、I2C 制御方式なので、この GPIO から I2C 制御します．※詳細はオプションボードの「Card-UNIV5」項目を参照して下さい．7. 専用アナログポート1 列 8pin(2．54mm ピッチ)コネクタに、プログラマブル計装アンプ（RAA730301）の入力ピン、DA 出力、LDO出力を収容しています．ボード上のソルダパターンの設定により、計装アンプ出力を FPGA のアナログ入力ピンに接続できます．また、ソルダパターンを変更することで、プログラマブル計装アンプをバイパスし、直接 FPGA のアナログ専用入力ピンに接続できます．microB外部接続コネクタスルーホール2pinDCDCコンバータ500mA4A1～3Aジャンパ

Page 4:Smart-USB Plus 製品ファミリmxcard システム開発ボード仕様 Ver2.0Prime Systems, Inc4<アナログ部配線>8. プログラマブル計装アンプSPI で プ ロ グ ラ ム 設 定 で き る 計 装 ア ン プ で す ．（ RAA730301 ： ル ネ サ ス エ レ ク ト ロ ニ ク ス 社 製Smart-Analog デバイス）FPGA からの SPI プログラムにより、様々なセンサを直結できます．計装アンプの設計やシミュレーションは無償ツールが利用できます．9. 表示器、スイッチFPGA の I/O に接続したチップタイプ LED を 8 個をスタティック点灯方式で制御します．また、FPGA の I/O に直結した４極ディップスイッチ１個とタクトスイッチ 1 個を用意していますので、汎用的に利用できます．このほか、システムリセット用として、タクトスイッチが1 個あります．10. JTAG ポートFPGA の JTAG ポートに接続するコネクタです．1.27mmピッチ 10pin コネクタ仕様です．アルテラ製 USB Blaster を利用する場合は、別売りのコネクタ変換ボード 「miniJ コネクタ」を利用してアクセスできます．11. 外部 JTAG ポート（Ext.JTAG）ボード上のソルダパターンを切り替えることで、外部基板の JTAG デバイスをチェイン設定することができます．mxcard と接続する外部基板に FPGA/PLD を搭載したときなど、JTAG チェインして mxcard の JTAG コネクタからプログラム等ができます． 基板上に 1 列 5 ピン（2.54mm ピッチ）のスルーホールを用意しているので、必要に応じてピンヘッダを実装し、外部デバイスとのJTAG チェイン化を実施してください．12. Sub USB ポートMicroB USB コネクタに加えて、1 列 5pin（2.0mm ピッチ）コネクタを用意しています（未実装）．このポートを利用して機器内 USB 接続や Type-B などの異なるコネクタ形状に変更が可能です．13. 高精度発振器48MHz の水晶発振器を 1 個搭載．FPGA、サポート PLD、USB 制御 IC に供給しています．この他、FPGA の PLL 入力用に 2 個の予備搭載エリアを確保しています．４ピン、3.3V、3.2x2.5(mm)サイズに対応しています．ボード電源仕様電源電圧 単一 5.0V （±5%）USB ケーブル給電で動作します．USB ケーブル給電を行わない場合、２つの給電方法があります．(1) ボード上のスルーホール（2pin、2.54mm ピッチ）にピンヘッダ等を実装し給電（最大１A 程度）．(2) 外部接続用コネクタから 5V を給電できます（最大 4A）このとき 5.5V を超えるとボードが破損しますので注意してください．ボード消費電流 mxcard/08c8USB 未接続、FPGA ブランク 68mAUSB 接続、FPGA ブランク 79mAUSB 接続、FPGA 実装 88mA（USB で ADC データを収集する回路）

Page 5:Smart-USB Plus 製品ファミリmxcard システム開発ボード仕様 Ver2.0Prime Systems, Inc5ソフトウエア仕様USB インタフェース概要～平均実効データ転送速度 40MByte/s～USB インタフェースは、購入したその日から利用できます．ボード専用のUSB ターゲット・デバイスドライバ、DLL、制御アプリケーションを製品に添付しています． この内、制御アプリケーションのみオープンソース化しているので、ユーザによるカスタマイズが可能です．また、USB プロトコルを意識させないでボードとのデータ通信が行える専用API が添付されているため、USB の専門知識がなくても、ソフトウエア・プログラミング知識があれば、どなたでもUSB 制御システムを構築できます．製品添付ソフトウエア1. USB ターゲット・デバイスドライバ2. DLL （API 仕様書付き）3. 制御アプリケーションRefMX.exe、RefApp7.exe（オープンソース）この他、VC 、C#、Delphi、VB2010、LabVIEW、ExcelVBAでの制御が可能です4. USB 制御ファームウエア（ボード上のE2PROM に格納）動作環境Windows7以上のUSBポートを備えたPCUSB2.0（High Speed） が動作するインタフェースを装備していること ※Windows8、10対応済み．リファレンス制御アプリケーション製品にはすぐに使えるWindows対応の制御ソフトウエア（RefMX.exe）を標準添付しています．この制御ソフトウエアでは、FPGAのコンフィギュレーション、FPGA内に実装したハードウエア・レジスタのRD/WR、メモリのRD/WRを行える他、プログラマブル計装アンプの制御が行えます．また、RefMX.exe制御ソフトウエアには、アナログ入力データのリアルタイム波形表示機能があります．最大16chの波形表示ができます．製品モデル構成製品発注コードmxcard/08c8 （10M08DAF256C8G搭載）mxcard/25c8 （10M25DAF256C8G搭載）mxcard/50c8 （10M50DAF256C8G搭載）添付品 USB ケーブル（A-microB） 1 本 USB デバイスドライバ、DLL、API 仕様書、ボード回路図、USB ファームウエア（オンボード）、USB制御ソフトウエア（オープンソース）、USB インタフェース部タイミングチャート、フローチャート等のデータを収録したCD-ROM1枚オプション コネクタ変換ボード （P/N：Card-UNIV5）基板サイズ：H58 x W102.5(mm)価格\18,000(税別)<Card-UNIV5 外観>【機能】1. コネクタ変換120pin メザニンコネクタ 1 個を 4 個の 30pinコネクタに変換します．

Page 6:Smart-USB Plus 製品ファミリmxcard システム開発ボード仕様 Ver2.0Prime Systems, Inc6<内訳>①アナログ入力専用コネクタ 1 個②ディジタル（シングルエンド専用）2 個③ディジタル（差動対応） 1 個電源コネクタから mxcard に 5V 給電することもできます．電源コネクタと DC ジャックが選択できます．2. I2C 制御 RTC（バッテリバックアップ付き）（セイコーエプソン RX-8035SA）データ収集した際のタイムスタンプや、タイマ機能による周期的なデータ収集などに利用できます．3. I2C 制御 可変水晶発振器（Siliconlab 570CAC000141DG）初期発振周波数 56.32MHzI2C 制御により、10MHz～160MHz まで可変可能です．システム運用中のクロック周波数の可変ができます．※mxcard の CN7（GPIO）の 2 本を I2C ポートとし、Card-UNIV5 の RTC と可変水晶発振器を制御します． 18ch AFE ボード (P/N: AFE-18)アナログ入力のフロントエンド基板です．基板サイズ：H180 x W190(mm)価格：\140,000（税別）18ch のアナログ入力に対応し、2.5Vp-p、5Vp-p、10Vp-p 入力が可能です．シングルエンド入力と差動入力の両方に対応します．アナログ入力コネクタは、34pin コネクタ 2 個と10pin コネクタ 1 個です．この他、デジタル I/O 56 本を 30pin コネクタに変換できます．5V/2A AC アダプタ付属．<mxcardと接続した外観図> JTAG 変換コネクタ (P/N: mini-J)価格\2,000（税別）アルテラ製 JTAG ケーブル「USB Blaster」を使用する際に、JTAG コネクタを変換するボードです．2.54mm ピッチ 10pin のアルテラ JTAG コネクタピン仕様から、1.27mm ピッチ 10pin 当社オリジナル・ピン仕様に変換します．※ケーブル長は約 50mm です．< mini-J JTAG変換コネクタ外観 >お問い合わせ開発製造販売元有限会社プライムシステムズTEL:0266-70-1171 FAX:0266-70-1172E-mail: info@prime-sys.co.jpオフィシャルサイト http://www.prime-sys.co.jp技術サポートサイト http://www.smartusb.info当社の製品は部品を除きすべて国内製造品です．