RAPTORModular Rapid Prototyping

Die modularen FPGA-basierten Rapid-

Prototyping-Systeme der RAPTOR-Familie

verfügen über alle wichtigen Komponenten,

um Schaltungs- und Systementwürfe mit

einer Komplexität von bis zu 200 Millionen

Transistoren zu realisieren. Die Beschleu-

nigung rechenzeitintensiver Anwendungen

wird ebenso unterstützt, wie die partielle

Rekonfiguration der eingesetzten FPGAs.

Die RAPTOR-FamileModulares Rapid Prototyping

Konzept

2

Die RAPTOR-Systemekönnen modular mit einerVielzahl unterschiedlicherModule erweitert werden

Die modularen FPGA-basierten Rapid-

Prototyping-Systeme der RAPTOR-Familie

verfügen über alle wichtigen Komponenten,

um Schaltungs- und Systementwürfe mit

einer Komplexität von bis zu 200 Millionen

Transistoren zu realisieren. Die Beschleu-

nigung rechenzeitintensiver Anwendungen

wird ebenso unterstützt, wie die partielle

Rekonfiguration der eingesetzten FPGAs

Die RAPTOR-Systeme sind als modulare

Prototyping-Umgebung konzipiert. Die

Basissysteme stellen Kommunikations- und

Managementfunktionen bereit, die von einer

Vielzahl unterschiedlicher Erweiterungskarten

genutzt werden. Die Erweiterungskarten

stellen ihrerseits die von der Anwendung

benötigte Funktionalität in Form von FPGA-,

Kommunikations- oder Ein-Ausgabe-Modulen

zur Verfügung. Die modulare Bauweise des

Systems ermöglicht es dem Anwender, durch

den Einsatz neuer Module schnell und

kostengünstig neue FPGA-Technologien oder

Schnittstellen in das System zu integrieren.

Mit dem integrierten Lokalbus und dem

Broadcastbus steht eine leistungsfähige

Infrastruktur zur Verfügung, die eine schnelle

Kommunikation der Module untereinander

sowie zum Hostsystem garantiert. Der Einsatz

von Xilinx Virtex-4 und Virtex-5 FPGAs

ermöglicht zudem die Kopplung über serielle

High-Speed-Verbindungen.

Zur einfachen Anbindung des Systems an

einen Host-Rechner verfügen alle

Basisplatinen über PCI-Bus-Schnittstellen.

Abhängig von der geforderten Leistungsklasse

kann zwischen PCI, PCI-X und PCIe gewählt

werden. Integrierte USB-2.0 Schnittstellen

ermöglichen den Betrieb unabhängig vom

Host-Rechner.

RAPTOR2000Skalierbarkeit durch den Einsatz neuer Module

3

RAPTOR2000 stellt die Basisfunktionen für

die prototypische Realisierung mikroelektroni-

scher Schaltungen zur Verfügung. Sechs unab-

hängige Modulsteckplätze, die jeweils über

456 Signalleitungen mit der Basisplatine ver-

bunden sind, können variabel bestückt wer-

den. Jedes Modul wird in einem systeminter-

nen Multi-Master-Bussystem (Lokalbus) als

eigenständiger Teilnehmer verwaltet. Über

diese Schnittstelle findet sowohl die Kommuni-

kation zwischen den Modulen als auch die

Kommunikation mit dem Host-Rechner statt.

Ein Broadcast-Bus ermöglicht die gleichzeitige

Übertragung von Daten an mehrere Module.

Zusätzlich bietet jeder Modulsteckplatz frei

konfigurierbare Signalverbindungen zu den

benachbarten Modulen, über die die Module

untereinander mit einer Bandbreite von mehr

als 10 GBit/s kommunizieren können.

Modulsteckplätze

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6 Modulsteckplätze

456 Signalleitungen zum Trägersystem

32 Bit Lokalbus-Zugang (1,6 GBit/s)

75 Bit Broadcast-Bus-Zugang (4,3 GBit/s)

Je 128 Direktverbindungen zum linken und

rechten Nachbarmodul (10 GBit/s)

Stabilisierte Spannungsversorgungen

(5V; 3,3V; 2,5V; 1,8V)

Schematischer Aufbau derRAPTOR2000 Basisplatine

CFGCFGCFG

CTRL-Logik

Arbiter, MMU

Diagnose, CLK

Config.- Manager

JTAG, SelectMAP

PCI-Bus-

Bridge

Master, Slave,

DMA

Flash ROM

Dual-Port

SRAM

CTRL CTRLCTRL

Modul6

Modul4

Modul 1 Modul 2 Modul 3PC

I-B

us

(32B

itD

ate

n/32B

itA

dre

ssen)

Local-Bus (32Bit Daten / 32Bit Adressen)

85

85

85

128 128 128 128

75

75

75

Broadcast-Bus

RAPTOR2000Basisplatine bestückt mitdrei Erweiterungsmodulen

Kontroll-Logik

�

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�

2 Xilinx XC95288 CPLDs

Lokalbus Arbiter (14 Master)

Lokalbus Adressdekodierung (16 Slaves)

Programmierbarer Systemtakt-Generator

Diagnoseeinheit

PCI-Bus-Anbindung

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32 Bit PCI-Bus-Schnittstelle

mit PLX PCI9054

Enge Kopplung von PCI-Bus und

systeminternem Multi-Master-Lokalbus

Umfangreiche FIFO-Speicher zur

Entkopplung der Datentransfers

Master-, Slave- und DMA-Transfers

2 programmierbare DMA-Kanäle

Interrupt-Verarbeitung

64 kByte Dual-Port SRAM-Speicher auf der

Basisplatine direkt adressierbar

FPGA-Konfiguration

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Hardwareimplementierung des SelectMAP-

Konfigurations-Mechanismus

(Re-)Konfigurationsdatenrate: 50 MByte/s

Konfigurationsdaten können sich innerhalb

oder außerhalb des RAPTOR2000-Systems

befinden

Beliebiger interner oder externer Master

kann Rekonfigurationsprozess anstoßen

(Auch Selbstrekonfiguration)

Partielle, dynamische und vollständige

Rekonfiguration

Einsatzgebiete

�

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�

SoC Prototyping

Hardware/Software-Co-Verifikation

FPGA-Computing

Dynamische Rekonfiguration

SelectMAP,

CFG-JTAG

SelectMAP,

CFG-JTAGSelectMAP,

CFG-JTAG

CTRL+Config Logic

Arbiter, MMU

Diagnostics, CLK,

Configuration, etc.

PC

I-X

-Bu

s(6

4B

itD

ata

/32

Bit

Ad

dre

ss)

PCI-Bus-

Bridge

Master, Slave,

DMA

Local-Bus (32Bit Data / 32Bit Address)

Dual-Port

SRAM

85

CTRL,

SMB 85

CTRL,

SMB85

CTRL,

SMB

128

Mo

du

le6

Mo

du

le4

Module 1

128

Module 2

128

Module 3

128

75

75

75

Broadcast-Bus

USB Logic

Local-Bus Master

Local-Bus Slave

OTG-Control

USB Controller

USB 2.0-High-Speed

USB-OTG

Xilinx

SystemACE CF

CF Access,

JTAG Control

TST-JTAG

CFG-JTAG

System Monitor

Voltage, Tempature,

Analog Inputs

Clock

Sythesis,

DistributionUSB

Compact

Flash

RaptorX64

4

RAPTOR-X64 Basisplatine

Schematischer Aufbauder RAPTOR-X64Basisplatine

Die RAPTOR-X64 Basisplatine führt das

erfolgreiche Konzept von RAPTOR2000

konsequent fort und erweitert die

Funktionalität um weitere Schnittstellen und

Management-Funktionalitäten. Zudem wurden

alle integrierten Kommunikationsschnittstellen

optimiert, um die verfügbaren Bandbreiten

zwischen den Modulen sowie zum Host-

Computer zu maximieren. RAPTOR-X64 ist

modulkompatibel zum RAPTOR2000-System,

so dass alle vorhanden RAPTOR2000-

Module weiter verwendet werden können.

Zwischen benachbarten Modulen können

Daten mit einer Datenrate von mehr als

20 GBit/s ausgetauscht werden. Die

Kommunikation mit dem Host-PC erfolgt

wahlweise über PCI-X oder über eine

integrierte USB-2.0-Schnittstelle. Auf diese

Weise kann RAPTOR-X64 mit der gleichen

Applikation sowohl in den Host-Rechner

eingebaut, als auch unabhängig vom Host-

Rechner betrieben werden. Somit ist das

System auch für die Evaluierung

eingebetteter Systeme und für den Test von

Applikationen im Feld bestens geeignet.

Für den Anwender steht eine Vielzahl von

Diagnosefunktionen zur Verfügung, die neben

einer Überwachung der digitalen

Systemzustände die Kontrolle aller

Spannungen und Temperaturen im System

ermöglichen. Die stufenlose Variation des

Systemtaktes erlaubt dem Anwender, seine

Schaltungen stets im optimalen Betriebspunkt

zu betreiben. CompactFlash-Speichermodule

können Dank eines auf dem Basisboard

integrierten Controllers sowohl zur

Konfiguration der Modulplatinen als auch als

Datenspeicher genutzt werden.

RAPTOR-X64Rapid Prototyping von SoCs und eingebetteten Systemen

RAPTOR-X64 neue Funktionen–

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64Bit / 66MHz PCI-X Schnittstelle

Integrierte USB Schnittstelle

(HI-Speed, OTG)

Modulkompatibel zu RAPTOR2000

Erweiterte Stand-alone-Einsetzbarkeit

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Optimierte Spannungsversorgung

CompactFlash-Speichermodule für

Konfiguration und als Datenspeicher

Einstellbare Frequenzen für alle Systemtakte

Umfangreiche Debug- und Monitoring-

Funktionen

Konfiguration und Einsatz der RAPTOR-Systeme

Softwareumgebung

Zur komfortablen Nutzung der RAPTOR-

Systeme steht eine Softwareumgebung, die

RaptorSuite, zur Verfügung.

Die unterste Software

schicht, RaptorLib, stellt eine hardwarenahe

Schnittstelle zur Verfügung, die aber bereits

von de verwendeten Kommunikations

abstrahiert, so dass die

Applikation unabhängig vom genutzten

Kommunikationsstandard

realisiert werden kann. Mit Hilfe

der RaptorAPI können auch

von entfernten Rechnern aus über ein lokales

Netzwerk oder über das Internet auf

RAPTOR zugreifen. Die grafische

Benutzeroberfläche RaptorGUI realisiert

eine komfortable Managementumgebung

und ermöglicht einen ersten Test eigener

Applikationen ohne zusätzlichen Software-

Implementierungsaufwand.

Alle Software-

komponenten sind plattformunabhängig so-

wohl unter Windows als auch unter Linux

lauffähig. Weiterhin unterstützt die

Softwareumgebung alle RAPTOR-Basis-

platinen und Module. -

r -

schnittstelle

(USB, PCI, PCI-X

oder PCIe)

Applikationen

die

-Systeme

5

RaptorGUISoftwareumgebung

RAPTOR-X64 mit derSoftwareumgebung RaptorSuite

RaptorLIB

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RaptorLIB realisiert eine direkte Schnittstelle

zur Hardware. Als C++ Bibliothek bildet sie

die Basis für alle anderen Software-

komponenten, und kann auch genutzt wer-

den, um die RAPTOR-Systeme in eigene

Softwareentwicklungen zu integrieren.

Unterstützung von Windows/Linux

Schnittstellenabstraktion (USB/PCI/PCI-X)

Unterstützung aller Basisplatinen

(Raptor2000/X64/XPress)

Managementfunktionalität (FPGA-Konfigu-

ration, Taktmanagement, Monitoring, etc.)

Funktionen für verschiedene Arten von

Datentransfers

Datenlogger für Debugzwecke

RaptorAPI

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�

Die RaptorAPI ermöglicht die Nutzung der

Funktionalitäten der RaptorLIB über ein

Netzwerk in einer Client-Server-Architektur.

Unterstützung von Windows/Linux

Abstraktion von der zu Grunde liegenden

Netzwerkkommunikation

Client-Server-Architektur

RaptorGUI

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Die RaptorGUI steht als einfach zu nutzende

grafische Oberfläche für alle RAPTOR-

Systeme zur Verfügung. Sie bietet die

Möglichkeit, sowohl lokal installierte als auch

über ein Netzwerk angebundene RAPTOR-

Systeme zu nutzen.

Auswahl lokaler und entfernter Boards

Konfiguration von FPGA-Modulen

(auch partiell und zur Laufzeit)

Parametrierung der Bussysteme

Speicher- und Modulzugriff

Taktparametrisierung und IRQ/Reset-

Management

Ruby Scripting für die schnelle Implemen-

tierung komplexer Testprogramme

Entwurfsunterstützung

Für die Abbildung mikroelektronischer

Schaltungen auf die RAPTOR-Systeme sowie

für die Hardware-Software-Co-Verifikation

steht eine Vielzahl von optimierten Entwurfs-

werkzeugen zur Verfügung. Die dynamische

Rekonfiguration der eingesetzten FPGAs wird

durch INDRA, einen integrierten Entwurfs-

ablauf für Xilinx FPGAs, ermöglicht.

DB-VS, DB-V2Pro

FPGA-Module

Virtex-II Pro FPGA-Modul DB-V2Pro

Das FPGA-Modul DB-V2Pro integiert FPGAs der zweiten Xilinx Virtex Generation mit eingebetteten PowerPC-

Prozessorkernen. Um die optimale Nutzung und Überwachung der PowerPC-Prozessoren zu ermöglichen, verfügt

das Modul über zwei separate Trace/Debug Schnittstellen. Zur Ansteuerung der einzelnen Schnittstellen sowie für

die Anbindung des Speichers stehen IP-Cores zur Verfügung, die bei Bedarf in den FPFA-Entwurf integriert werden

können.

6

Virtex FPGA-Modul DB-VS

Das FPGA-Modul DB-VS integiert FPGAs der ersten Xilinx Virtex und Virtex-E Generation. Der eng an das FPGA

gekoppelten SDRAM unterstützt die Integration von speicherintensiven Anwendungen. Wie alle RAPTOR-FPGA-

Module ermöglicht das DB-VS die partielle Rekonfiguration der eingesetzten FPGAs zur Laufzeit. Die

Konfiguration erfolgt komfortabel über PCI/USB vom Host-Rechner aus oder von anderen Systemkomponenten

innerhalb der RAPTOR-Umgebung

Local-Bus (32Bit Daten / 32Bit Adressen)

128

85

CTRL FPGA- Modul

Xilinx Virtex/-E

FPGA(BG560 Gehäuse)

SelectMAP,

JTAG75

128

Broadcast-Bus

SDRAM

Controller

85

93 93

61

128MByte

SDRAM

Local Bus

128

85

CTRL DB-V2Pro

Xilinx Virtex-II Pro

XC2VP20/30

(FF896)

CFG

75

128

Broadcast-Bus

SDRAM

Controller

85

128 128

75 128MByte

SDRAMPPC

Debug1

PPC

Debug2

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Xilinx Virtex (-E) FPGA

XCV400 bis XCV2000 einsetzbar

Verfügbare Systemressourcen:

10.800 Logic Cells (XCV400) bis

43.200 Logic Cells (XCV2000E)

Variable Core-Spannung (2,5V oder 1,8V)

128MByte SDRAM

Lokalbus-Schnittstelle

75 Broadcast-Bus Signale

Je 93 Direktverbindungen zu

den Nachbarmodulen

Stand-Alone-Betrieb möglich

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Virtex-II Pro FPGA XC2VP20/30 mit

eingebetteten PowerPC Prozessoren

Verfügbare Systemressourcen:

22.032 Logic Cells (XC2VP20)

30.816 Logic Cells (XC2VP30)

128/256 MB SDRAM

2 RISCWatch/RISCTrace Debug-Schnitt-

stellen für die eingebetteten PowerPCs

256 freie I/Os zu den Nachbarmodulen

75 I/Os zum Broadcast-Bus

4 Quarzoszillatoren auf dem Modul

5x5 LED-Matrix

Stand-Alone-Betrieb möglich

DB-VS, DB-V2Pro

FPGA-Module

DB-V2, DB-V4

FPGA-Module

7

Das FPGA-Modul DB-V2 integiert FPGAs der zweiten Xilinx Virtex Generation. Mit der Möglichkeit zur Nutzung des

größten verfügbaren Virtex-2 FPGAs (XC2V8000) ist es besonders für große Hardware-Entwürfe geeignet. Wie bei allen

FPGA-Modulen für die RAPTOR-Familie kann als Bestückungsoption zwischen einer Vielzahl unterschiedlicher FPGA-

Typen gewählt werden. Der Anwender bestimmt die Größe und Geschwindigkeit des Bausteins abhängig von den

Anforderungen seiner Anwendung. Neben SDRAM-Speicher steht für die schnelle, unkomplizierte Zwischenspeicherung

schneller SRAM-Speicher als Ergänzung zum On-Chip-Speicher des FPGAs zur Verfügung.

Virtex-2 FPGA-Modul DB-V2

Konfiguration,

JTAG

Lokalbus

128

85

CTRL

22

DB-V2

75

Broadcast Bus

Xilinx Virtex-IIXC2V4000/6000/8000 [824/820 IOs]

+ XC2V3000 [720 IOs]

Austauschbares

SDRAM-Modul

(128MB, 256MB, ...)

144Pin SODIMM Sockel

85

128 128

75

SDRAM

Steuerung

58 MByte SRAM

(32bit Datenbreite)

CPLD 18

SRAM

Steuerung

XCHECKER &

JTAG

4 x externer

Takt

5 x 5 LED

Matrix

Trace &

Debug

(2x38 IOs)

6 x externe CLK, RESET,

LED + Interspalten-

Kommunikation

Externe

Spannungs-

versorgung

72

76

4

4

25

12

15

22 9

5

76

101

128

Virtex-4 FX FPGA-Modul DB-V4

Mit den Virtex-4 FX Modulen werden neben den Bussystemen auf der Basisplatine erstmals auch serielle High-Speed-

Verbindungen in die RAPTOR-Umgebungen integriert. Über 20 Rocket-IO Links mit einer Datenrate von bis zu

6.5 GBit/s pro Link können die Module auch über Basisboards hinweg direkt miteinander kommunizieren. Jeweils fünf

Rocket-IOs sind auf einem Stecker zusammengefasst, so dass bei Verwendung von bis zu 2 m langen Kupferkabeln

Datenraten von 4x32.5 GBit/s erreicht werden. Der Anwender kann mit Hilfe der freien Verkabelung beliebige Topo-

logien für die Kommunikationsinfrastruktur zwischen den Modulen realisieren. Die Verschaltung des FPGAs erfolgte

mit besonderem Augenmerk auf die partiellen Rekonfiguration, so dass beispielsweise auch währenden der Rekonfi-

guration des FPGAs auf den eingebetteten Speicher und die Kommunikationsschnittstellen zugegriffen werden kann.

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Xilinx Virtex-2 FPGAs

XC2V3000 bis XC2V8000

Verfügbare Systemressourcen:

32.256 Logic Cells (XC2V3000) bis

104.832 Logic Cells (XC2V8000)

SODIMM Sockel für bis zu 2 Gbyte SDRAM

8 MB SRAM (32bit)

CPLD für schnelle partielle Rekonfiguration

5x5 LED Matrix

2x38-Pin Mictor-Stecker für Test und Debug

Vollständige Anbindung an Lokalbus,

Broadcast-Bus und Nachbarmodule

Stand-Alone-Betrieb möglich

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Xilinx Virtex-4 FX FPGAs

(XC4VFX40 bis XC4VFX100)

2 eingebettete PowerPC Prozessoren

Verfügbare Systemressourcen:

41.904 Logic Cells (XC4VFX40) bis

94.896 Logic Cells (XC4VFX100)

SODIMM Sockel für bis zu 4 Gbyte DDR2-SDRAM

Debug-Schnittstelle: 2x38-Pin Mictor Stecker

Optimiert für partielle dynamische Rekonfiguration

Stand-Alone-Betrieb möglich

20 Rocket-IO Transciever mit jeweils 6,5 GBit/s

Ex

tern

al

Co

nn

ec

tors

Local Bus

5

5

5

5

128

22

85

DB-V4

Configuration,

JTAG

CTRL /

I²C

75

Broadcast Bus

Xilinx Virtex-4 FXXC4FX40/60/100 [448/576/768 IOs]

Replaceable

DDR2-SODIMM-

Module200Pin SODIMM Socket

85

104

104

75

DDR2

SDRAM

Controller

5

JTAG

3x external

Clock

5 x 5 LED

Matrix

Trace &

Debug

(2x38 IOs)76

4

3

25

5

13

0

128

Hig

h-S

pe

ed

-

Se

ria

l-IO

Co

ntr

oll

er

22

20 Lanes(622Mbs – 10 Gbs

per Lane)

External

Power

Supply

DB-Ethernet, DB-Com

8

128

CTRL

CFGDB-Com

75

128

Broadcast-Bus

80

71

10

IEEE1394

USB

LONRS232/

RS485IEEE1284

IrDA

I²C

CAN

Xilinx Spartan II

X2CS200

uni

IO

Kommunikationsmodul DB-Com

Als universelles Kommunikationsmodul stellt das DB-Com eine Reihe essentieller Schnittstellen für den

prototypischen Entwurf von System-on-Chip Architekturen zur Verfügung. Für die Anbindung an andere

RAPTOR-Module steht ein Spartan-2 FPGA für die Datenvorverarbeitung zur Verfügung. Die integrierten

Schnittstellen reichen von RS232 und RS485 über im Feldbusbereich verbreitete Protokolle wie CAN oder

LON hin zu USB oder Firewire Schnittstellen. Weitere Protokolle, wie beispielsweise Interbus oder Profibus,

können in dem Spartan-2 FPGA implementiert werden, da die notwendigen physikalischen Schnittstellen

bereits im DB-Com-Modul integriert sind.

DB-Ethernet Rev. 2

Isolation

Port0

Port1

Port2

Port3

MII Management,

Sleep,LED

XC95144

CPLD

XC95144

CPLD

XC95144

CPLD

XC95144

CPLD

Intel

LXT 974

Quad PHY

10/100

Mbps

Port0

Port1

Port2

Port3

4 User LEDs

4x TX/RX/Link

LEDs

38

17

17

17

17

8

User interconnect

4 x RJ 45

16

16

16

16

Quad Ethernet PHY Modul DB-Ethernet

Das Quad Ethernet PHY Modul DB-Ethernet stellt einen einfachen Weg zur Integration von 10/100 Mbit Ethernet

Schnittstellen in die RAPTOR-Umgebung dar. Die vier Ethernet-Ports werden über einen PHY-Baustein auf dem

Board angesteuert, der über vier CPLDs Daten mit benachbarten Modulen austauscht. Die in den CPLDs

realisierten MII-Schnisttstellen können vom Anwender bei Bedarf an seine Anforderungen angepasst werden.

I/O-Module

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4 RJ45 Ethernet Ports

4 synchrone MII-Schnittstellen als IP-Cores

in vier Xilinx CPLDs (XC95144XL)

10/100 Mbps; Voll-/Halbduplex

Intel Quad-Ethernet-PHY Baustein

Galvanische Entkopplung

4x3 LEDs zur Anzeige von

Verbindung, Senden und Empfang

Vier frei nutzbare LEDs

�

�

�

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�

�

IEEE1394a (Firewire)

USB 2.0 Highspeed oder

USB On-The-Go Fullspeed

IEEE 1284 (Parallel)

4 x RS232 (seriell, z.B. EIB) oder

2 x RS485 (z.B. Interbus, Profibus)

CAN, LON, I²C, IrDA

2 x 18 Bit digitale I/O

(z.B. für Bluetooth-Module)

80/71-Bit Schnittstellen

zu benachbarten Modulen

9

I/O-Modul DB-MC

DB-MC, DB-VGA

I/O-Modul DB-MC

VGA-Modul DB-VGA

Für den direkten Anschluss eines VGA-Monitors an das RAPTOR-System wurde das Modul DB-VGA entwickelt.

Unabhängig von einem Host-Rechner kann eine RAPTOR-Umgebung mit Hilfe dieses Moduls auch komplexe

Zusammenhänge direkt visualisieren, so dass ein komfortables Monitoring und Debugging auch für Stand-Alone-

Applikationen ohne Host-PC möglich ist.

Das I/O-Modul DB-MC realisiert 20 analoge Eingänge und acht analoge Ausgänge sowie vier synchron-serielle

Schnittstellen (SSI). Die Steuerung des Moduls erfolgt durch ein Xilinx Spartan-II E FPGA, mit dem zusätzlich

einfache Regelungen realisiert werden können. Über den Broadcast-Bus können alle auf der RAPTOR-

Basisplatine vorhandenen Module mit dem DB-MC kommunizieren. Auf diese Weise können beispielsweise

dynamisch rekonfigurierbare FPGA-basierte Regelungen umgesetzt werden. Die Kopplung mehrerer DB-MC-

Platinen ermöglicht zudem den Aufbau größerer, virtueller I/O-Subsysteme.

I/O-Module

�

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�

�

�

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�

Physikalische DVI-Schnittstelle

Realisierung durch

TI TFP410 DVI Transceiver

Programmierbarer Taktgenerator

(Programmierung über I²C Bus)

Ansteuerung über VGA IP-Core

auf benachbartem FPGA-Modul

SDRAM als Videospeicher

16/24/32 Bit Farbtiefe

Doublebuffering

�

�

�

�

�

20 analoge Eingänge zur Aufnahme von

Spannungen im Bereich von -10 V bis +10 V

Wandlerrate: 100 kSps

8 analoge Ausgänge zur Ausgabe von

Spannungen im Bereich von 0 V bis +10 V

Wandlerrate: 84 kSps

4 synchron-serielle Schnittstellen

Xilinx Spartan-II E FPGA für Modulkonfiguration

und einfache Regelungen

Anbindung über 64 Leitungen des Broadcast-Bus

DB-MC7

5

Broadcast Bus

64

Xilinx Spartan IIE

XC2S50E

ADC 5

TLC3578

ADC 4

TLC3578

ADC 3

TLC3578

ADC 2

TLC3578

ADC 1

TLC3578

DAC

LTC2600

OPV

LPC660

SSI

PROM

XC18V01

AO 1

AO 2

AO 8

...

SSI 1

SSI 2

SSI 3

SSI 4

AI 1/2

AI 1/3

AI 1/4

AI 2/2

AI 2/3

AI 2/4

AI 3/1

AI 3/2

AI 3/3

AI 3/4

AI 4/1

AI 4/2

AI 4/3

AI 4/4

AI 5/1

AI 5/2

AI 5/3

AI 5/4

AI 2/1

AI 1/1

DB-VGA DB-VX

Virtex-X FPGA

EEPROM PLLDVI

InterfaceSDRAM

SDRAM

Controller

VGA

Core

I2C

Core

EEPROM

Interface

LocalBus

Interface

Micro

Blaze

SideCon-

Interface

Die Möglichkeit zur Analyse systeminterner Signalverläufe ist ein zentrale Anforderung an Entwurfsumgebungen für

SoCs. Neben Software-Lösungen für die RAPTOR-Systeme steht das Hardware-Modul DB-Eval zur Verfügung, das

die Überwachung aller 456 Kommunikationsverbindungen zwischen Basisplatine und Modul ermöglicht. Weiterhin

können die einzelnen Versorgungsspannungen der Module gezielt unterbrochen bzw. vermessen werden, um die

Leistungsaufnahme der Module zu bestimmen. Das DB-Eval Modul wird einfach zwischen das zu vermessende

Modul und die Basisplatine gesteckt und ermöglicht den direkten Anschluss von Logik-Analysatoren.

DB-Eval

Die Trace/Debug-Schnittstellen der FPGA-Module (ab Virtex-2) bieten eine einfache Möglichkeit für kostengünstige

Erweiterungsmodule (DBE). Neben verschiedenen einfachen Modulen mit Pfostenleisten für Logik-Analysatoren oder

anwendungsspezifische Erweiterungen steht mit dem DBE-Ethernet eine Gigabit Ethernet Schnittstelle mit direkter

FPGA-Anbindung zur Verfügung. Das Modul stellt alle notwendigen Komponenten zur Realisierung der physikali-

schen Schnittstelle bereit, die Implementierung der MAC-Schicht erfolgt als Soft- oder Hard-Makro auf dem FPGA.

Erweiterungsmodul DBE-Ethernet

DB-Eval, DBE-Ethernet und weitere Module

10

RAPTOR-Module

�

�

�

�

�

�

�

�

Zugang zu allen 456 Modul-I/Os

für die Analyse von

Lokalbus

Broadcast-Bus

FPGA-Rekonfiguration

Direktverbindungen

Anschluss von Logikanalysatoren

Keine Beeinflussung des analysierten Moduls

Unterbrechung der einzelnen Versorgungs-

spannungen zur gezielten Messung der

Leistungsaufnahme

25Gigabit-Ethernet

PHY 1

8

Config

MEM

Config

EEPROM

GMII

RJ45

Gigabit-Ethernet

PHY 2

Config

MEM

Config

EEPROM

DBE-Ethernet

8 RJ45

25GMII

2

2

2

2I²C

I²C

�

�

�

�

�

2 x 10/100/1000 MBit Ethernet

(1000Base-T, Auto MDI-X)

Zwei unabhängige PHY-Bausteine

Kompatibel zu allen FPGA-Modulen

mit Trace/Debug Schnittstelle

(DB-V2Pro, DB-V, DB-V4, DB-V)

Integrierte Kabeldiagnose

Implementierung der MAC-Schicht

im FPGA als Soft/Hard-Makro

Die Palette verfügbarer RAPTOR-Module wird stetig erweitert. So stehen beispielsweise zusätzliche

Ein-/Ausgabemodule, Kommunikationsmodule für Profinet und Software-defined Radio sowie spezielle ASIC-Test-

Module zur Verfügung. Umfangreiche Bibliotheken mit Elementen für den Platinenentwurf, IP-Kernen für die FPGA-

Implementierungen und Software-Komponenten erleichtern den Entwurf anwendungsspezifischer Module.

ASIC-Realisierungen lassen sich somit einfach in die RAPTOR-Umgebung integrieren, indem sie die FPGA-

Prototypen ersetzen und mit der gleichen Hardware/Software-Umgebung getestet werden können.

Weitere RAPTOR-Module

11

Mit Hilfe der RAPTOR-X64 Basisplatine und

den Virtex-4 FPGA-Modulen können eng

gekoppelte FPGA-Systeme mit bis zu sechs

Modulen pro Basisboard aufgebaut werden.

Über die seriellen High-Speed-Verbindungen

ist zudem eine Kopplung über Platinen-

grenzen hinweg möglich. Dieses Konzept wird

im neusten Basisboard der RAPTOR-Familie,

RAPTOR-XPress, konsequent weitergeführt.

Die integrierte flexible und leistungsfähige

Kommunikationsinfrastruktur ermöglicht die

Skalierung des Systems bis hin zum Aufbau

großer FPGA-Cluster mit hunderten eng

gekoppelter Bausteine.

Das RAPTOR-XPress-Basisboard kann modu-

lar mit bis zu vier FPGA-Modulen bestückt

werden und stellt umfangreiche Funktionen für

Systemmanagement und Kommunikation zur

Verfügung. Die Verbindung zum Host-Rechner

ist über acht PCI-Express (PCIe) 2.0 Kanäle

realisiert. Über einen PCIe-Switch auf dem

RAPTOR-XPress-Basisboard ist es möglich,

die volle Bandbreite von 32 GBit/s direkt an

jedem Modul zu nutzen. Eine PCIe-zu-

Lokalbus-Schnittstellen stellt sicher, dass alle

bisherigen RAPTOR-Module, die keine PCIe-

Schnittstellen besitzen, weiter genutzt werden

können. Zusätzlich stehen Schnittstellen für

USB 2.0 High-Speed und Gigabit Ethernet zur

Verfügung.

Zur Kommunikation zwischen Modulen stellt

das RAPTOR-XPress-Basisboard

Verbindungen zwischen benachbarten

Modulen bereit, die in einer Ringtopologie eine

Bandbreite von 80 GBit/s bei einer Latenz von

unter 10 ns erlauben. Über ein zentrales

Switch-FPGA auf der Basisplatine können

beliebige Module zudem mit einer Bandbreite

von 10 GBit/s kommunizieren.

Für die Kommunikation zwischen mehreren

RAPTOR-XPress-Basisboards werden serielle

High-Speed-Verbindungen verwendet. Hier

kommen die gleichen Technologien wie auf

den DB-V4 Modulen zum Einsatz, so dass die

Protokolle und IP-Cores für die Kommuni-

kation weiter genutzt werden können.

RAPTOR-XPress stellt zu jedem Modul eine

Schnittstelle mit 24 seriellen High-Speed-

Kanälen (Vollduplex, 11 GBit/s) bereit, für die

Kommunikation zwischen verschiedenen

Basisboards stehen weitere 84 Vollduplex

Links (11 GBit/s) zur Verfügung. Die Topologie

dieser Kommunikationsinfrastruktur kann zur

Laufzeit über einen integrierten 192x192

Crosspoint Switch (2112 GBit/s akkumulierte

Bandbreite) verändert werden.

Das DB-V5 ist das erste Modul, das dieses

neue Konzept umsetzt; es integriert ein Xilinx

Virtex-5 FX100T FPGA und 4 GByte DDR3

Speicher. Die PCIe-Schnittstelle ist in einem

separaten Virtex-5 FX30T auf dem Modul

realisiert, so dass der Virtex-5 FX100T

komplett für die Implementierungen des

Anwenders zur Verfügung steht.

Schematischer Aufbau der RAPTOR-XPress Basisplatine

RAPTOR-XPress und DB-V5

Aktuelle Entwicklungen

Local Bus

132

85

PCIe 8x

24x6.5

Gbit/s

78

Broadcast/Config Bus

Xilinx Virtex-5LX50T, LX85T, LX110T, LX155T

SX50T, SX95TFX70T, FX100T

Replaceable

DDR3-SODIMM-

Module204Pin SODIMM Socket

132 132

78

DDR3

SDRAM

Controller

JTAG Managment

5 x 5 LED

Matrix

GPIO

(2x38 IOs)

25

132

Hig

h-S

peed

-

Seri

al-

IO

Co

ntr

olle

r

Xilinx

Virtex-5

LX30T

PCIe 8x

Endpoint76

16x6.5 Gbit/s

PCIe µController

CTRL + Power SubsystemVoltage Monitoring

and Control

CTRL + Power SubsystemVoltage Monitoring

and Control

µController

JTAG

Power/CTRL I2CI2C

DB-V5

72

85

JTAG

130

JT

AGP

CIe

2.0

-Bu

s(H

os

tsy

ste

m)

(8L

an

es)

PCIe 2.0 Switch

(48 Lanes)

CT

RL

-I2

C

PW

R-I

2C

13

2

Module 3

Modu

le2

128

USB Controller

USB 2.0-High-Speed

USB-Host, USB-OTG

CTRL Logic

Power, I2C, USB, Ethernet, Operating System, etc.

SystemACE CF

CF Access,

JTAG Configuration

JTAG

System

Monitoring

Voltage,

Tempature

Clock

Sythesis,

Distribution

13

2

Module 4

Mod

ule

11

32

Bro

ad

ca

st/

Co

nfig

[1]

13

2

Module 1

Mod

ule

41

28

13

2

Module

31

32

Bro

ad

ca

st/

Co

nfig

[2]

Bro

ad

ca

st/

Co

nfig

[3]

Bro

ad

ca

st/

Co

nfig

[4]

Module 2

PCIe 8x [4]

PCIe 8x [3]

192x

192

(24

x8

x8)

Cro

ssp

oin

tS

wit

ch

21 x 11 Gbit/s

21 x 11 Gbit/s

21 x 11 Gbit/s

21 x 11 Gbit/s

Oth

er

RA

PT

OR

-XP

ress

Broadcast/Config [1]

Broadcast/Config [2]

Broadcast/Config [4]

Broadcast/Config [3]

JT

AG

JT

AG

JT

AG

PCIe 8x [1]

PCIe 8x [2]

PC

Ie8

x[1

]

PC

Ie8

x[2

]

PC

Ie8

x[3

]

PC

Ie8

x[4

]

Config+Broadcast Logic

Broadcast-Switch, Configuration, etc.

Inter

FPGA

PCIe to Localbus

BridgePCIe 1x

Lo

ca

lbu

s(3

2B

itD

ata

/3

2B

itA

dd

ress)

24 x 11 Gbit/s

CT

RL

-I2C

PW

R-I

2C

CT

RL

-I2

C

PW

R-I

2C

CT

RL

-I2

C

PW

R-I

2C

JTAG

JTAG-

Multiplexer

CTRL-I2C

PWR-I2C

JT

AG

24 x 11 Gbit/s

24 x 11 Gbit/s 24 x 11 Gbit/s

Gigabit Ethernet

PHY

Localbus Logic

Arbiter, MMU, Diagnostics, CLK, etc.

Inte

r

FP

GA

Flash

Memory

DDR2

SDRAM

Memory

Hotplug + Config

Crosspoint-Config

Power Subsystem

µC-Based Power Sequencing, Control,

Monitoring, System StartupGB Ethernet

USB

Compact

Flash

Schematischer Aufbau desRAPTOR-Moduls DB-V5

Anreise mit dem Auto

Anreise mit dem Flugzeug

Anreise mit der Bahn

Kontakt

Verlassen Sie die Autobahn A33 an der Ausfahrt

Paderborn-Elsen. Biegen Sie auf die Bundesstraße B1

und folgen der Beschilderung nach Bad Lippspringe/

Detmold. Nach ca. 1,5 km fahren Sie an der Ausfahrt

Paderborn/Schloss-Neuhaus von der Bundesstraße

B1 ab. An der Ampelkreuzung (Heinz-Nixdorf-Ring,

Dubelohstraße) fahren Sie geradeaus auf den Heinz-

Nixdorf-Ring und biegen an der nächsten Ampel-

kreuzung (Heinz-Nixdorf-Ring, Fürstenallee) links in

die Fürstenallee. Das Heinz Nixdorf Institut liegt auf der

rechten Seite nach ca. 300 m.

Vom Flughafen Paderborn/Lippstadt nehmen Sie die

Buslinie 400/460 in Richtung Paderborn HBF. Vom

Hauptbahnhof fahren Sie mit der Linie 11 in Richtung

Thuner Siedlung bis zur Haltestelle MuseumsForum

(Gesamtfahrzeit ca. 50 Minuten).

Vom Paderborner Hauptbahnhof nehmen Sie den Bus

der Linie 11 Richtung Thuner Siedlung bis zur Halte-

stelle MuseumsForum (Fahrzeit ca. 10 Minuten).

Dr.-Ing. Mario Porrmann

Heinz Nixdorf InstitutSchaltungstechnikFürstenallee 1133102 Paderborn

Tel.: 05251 / 60 6352Fax: 05251 / 60 6351E-mail: porrmann@hni.upb.de

Web: www.raptor2000.de

Heinz Nixdorf Institut

So finden sie das

Heinz Nixdorf Institut