用CoolRunner-II CPLD 降低设计难度 - Xilinx

技 术 长 廊
用 CoolRunner-II CPLD
降低设计难度
用 CoolRunner-II CPLD 入门套件提高易用性
作者:Arthur Yang
Xilinx 公司
Micro Scale 部技术营销经理
arthur.yang@xilinx.com
您注视着示波器上平坦坦的线条,
沮丧地摇摇头。您一遍遍翻阅桌上的数
据手册,一次次检查输入波形和引脚连
接。时间一分一秒地过去,已经六点多
了;您长叹一声,无奈地拿起电话。又
要开夜车了,陪伴您的是各式电烙铁、
五颜六色的显示屏曲线和外卖匹萨饼。
多么悲惨的周五之夜!
用新器件进行原型开发大可不必令
人如此头疼。试想,如果能有使用方便
且价格低廉的全功能设计套件该多好。
该套件具有多种可视输出、状态值显示
LED、计数器和状态机数字显示器以及
文字信息字符显示器。它还具备用来测
试接口标准和外设的若干 I/O 端口以及
用户界面按钮和开关。该套件可轻而易
举地提供功耗读数,并可与 PC 连接,
使软件人员能与之交互操作。而且,该
套件价格足够低廉,丝毫不影响预算。
Xilinx 与 Digilent 公司共同努
力,合作推出了新型 CoolRunner -II
入门套件,从此使您梦想成真。
赛灵思中国通讯 28 期 © 2008 Xilinx Inc. 版权所有。XILINX、Xilinx 标志以及本文件中包括的其他品牌名称,是 Xilinx, Inc. 的商标。所有其他商标都是其各自所有者的财产。

CoolRunner-II CPLD 的低功耗
功能
CoolRunner-II CPLD 入门套
件的核心是具有 256 个宏单元的
CoolRunner-II CPLD,这是一种超低功
耗的可编程逻辑器件。CoolRunner-II
系列的静态供电电流只有 13 µA,并且
具有可帮助降低动态功耗的多种设计功
能。我们简要讨论其中的时钟分频器和
DataGATE 这两项功能。
从具有 128 个宏单元的器件起,
CoolRunner-II 器件内置了时钟分频器
电路。此器件不仅能节省用户逻辑,还
能降低可能不必全速运行的时钟 的 频
率 ,从而降低功耗。时钟 分 频 器提供
2、4、6、8、10、12、14 和 16 分
频 ,并且直 接输出到 全 局 时 钟网络。
如果与双沿触发寄存器配套使用,还能
获得奇数值分频。
DataGATE 实际上是个三态输入控
制端口。当信号在某 I/O 引脚翻转时,
电流流过该 I/O 的晶体管,同时流过
CPLD 中的所有迹线。在空闲和非关注
状态等许多 情况下,可以忽略特定
I/O。 在 这 类情况下,可以关闭 不必要
的输入,以节省电流。
DataGATE 对于上升或下降时间较
长的信号也很有用。当 引脚电压约为
VCCIO 的一半时,I/O 晶体管的功耗最
大。您可以使用 DataGATE 定时开启
某输入,以便对其状态进行采样,然后
将 其关闭 以 节省功 率 。如果没 有
DataGATE,很慢的开关信号就会浪费
数毫安电流。
CoolRunner-II CPLD 套件的
功能
CoolRunner-II CPLD 入门套件有八
个外设模块扩展端口,每 端口有四 个
I/O 引脚。这些端口中的每一个都可以
接受 29 个外设模块 (PMod) 中的任一
模块。电路板本身有两个按钮,而套件
带有方形开关、PS/2 接插件和双七段
显示器这三种 PMod,能使您尽快入
门。
您不必花费时间和金钱,即可从
PMod 获得高度灵活性。这意味着不
再浪费时间在实验电 路板上 焊装器
件,不再为从不使用的板 上以太网
PHY 付出代价,也不必购买昂贵的
编程电缆或设计软件。只需购买您的
项目所需的模块,然后将其插入任意
I/O 扩展端口即可。只要更新设计
文件中的引脚约束,然后就万事俱备
了。
用户界面上有几个 PMod。有简
单的开关(如方形开关、按钮或旋转
开关)和较复杂的 PMod(如用来连
接标准 PS/2 键盘的 PS/2 转接
器)。甚至还有一个允许使用 UART
传输数据的 RS232 适配器。
对于显示功能,电路板自带若干
LED,另外还提供了双七段显示器。
有一个 16 x 2 字符显示器 PMod,
用来提供更详细的显示。
可用的 PMod 简列于下:
模数转换:两个 12 位
1 MSPS A/D
数模转换:两个 12 位
1 MSPS D/A
16Mb SPI Flash
红外线探测器
直流电机驱动 H 型桥接器
扬声器/耳机放大器
伺服电机连接器
XMeter:内置功耗测量
低功耗操作是 CoolRunner-II
CPLD 的最重要功能之一。较热门的
演示之一是“水果供电”演示,其中
我们用由几片柚子产生的电流来驱动
器件。
但水果不能取代 AAA 电池,
所以您需要有准确测定设计工作寿命
的方法。功耗估计器有其用武之地,
但关键是要测量实际值。
技 术 长 廊
CoolRunner-II CPLD 入门套件内置实时功耗测量与报告
功能。XMeter 程序读出 1.8V 电源的功耗测量值,并且
将数据实时绘制成曲线图。
CoolRunner-II CPLD 入门套件内
置实时功耗测量与报告功能。XMeter
程序读出 1.8V 电源的功耗测量值,并
且将数据实时绘制成曲线图。图 1 所
示为运行中的 XMeter 程序。样本设计
在 全 频率运行时消 耗的电流是
200µA;启用 DataGATE 后,所耗电
流下降到约 86µA。
请注意,DataGATE 的节电效果完
全取决于设计。您可以根据设计要求以
多种不同方式实现 DataGATE,所以,
预期的节电效果会与此示例有所不同。
使用 XMeter,可以方便地加载代
码的不同版本,并且确定哪个版本具有
最佳功耗曲线,从而在功耗优化过程中
免去揣测之劳。
PC 与套件通信
套件附带的编程电缆是标准 USB
对小型 USB 转接电缆,任何电子器材
商店均有售。数码相机或移动电话或许
图 1 - 用 XMeter 显示
DataGATE 的节电效果
2008 年春季刊

也会附带这种电缆。PC 与电路板之间
的 JTAG 通信是通过 Cypress EZ-USB
芯片进行处理,所以,给电路板编程可
能需要使用 Digilent 的 Export 编
程软件。(电路板支持用 iMPACT 编
程,但 这 需 要套件中未 包括的另 一条
Xilinx 编程电缆。)
这种通信方法的优点是,您可以通
过应用程序编程界面 (API) 编写自己的
PC 程序并且与 CPLD 直接通信。图 2
所示为用来读写 CoolRunner-II CPLD
内部寄存器的程序。
结论
技 术 长 廊
图 2 - PC 应用程序与 CoolRunner-II CPLD 通信
CoolRunner-II CPLD 入门套件针
对低功耗操作进行了优化,为原型开发
排除了许多障碍。预制的模块无需焊接
下一步(请点击下列资料了解详细内容)
订购 CoolRunner-II CPLD 入门套件。
赛灵思中国通讯 28 期
即可插入电路板,因此提高了易用性。
此套件的建议零售价不到 50 美元。电
路板上的每 个 芯片都是针对低功耗
精选的,并且内置了功耗测量功能,因
此可以方便地进行功耗标准测试和设计
评估。此套件具有低功耗、低成本、全
功能、易用和无折损的特点。请立即从
夜车中解脱出来吧!
阅读白皮书《CoolRunner-II DataGATE 的实际价值》,以了解 DataGATE
的节电功能。
查看可用 PMod 的完整列表。
下载 Digilent Adept SDK API 并传输设计。