ナヒテック 大容量SDRAM+USB付きFPGAボード NP1003F　完売御礼!!

重要なお知らせ　NP1003E以降のUSB Mini-Bコネクタの注意点
※NP1003E以降で、Mini-Bコネクタをご利用のお客様はお読みください。

概要

NP1003はココが違う!!

　世の中にはいろいろなFPGA評価ボードがありますが、FPGAを少し触っただけで飽きてしまった経験はございませんか？
　これまでの多くのFPGAボードは部品を基板に載せただけの物で、応用に限界がありました。
　LEDを光らせただけでは何も面白くありません。何か「有益な動作」をさせるためには、自分ですべての機能を作らなければいけませんでした・・・。

　NP1003は違います。NP1003には有益なアプリケーションがあります。NP1003はFPGAの評価だけでなく、へぇボタンや、高速なUSB-JTAGケーブルとしてもご利用いただくことができる、お得なFPGAボードです。

【アプリケーション例】

概要

　NP1003は、256MBitの大容量SDRAMとUSBインタフェースを搭載し、デジタル信号処理や画像処理に最適なFPGAボードです。144ピンTQFP採用のため、XILINX社SpaltanIIの15k〜100kゲート迄のFPGAに対応しています。

　FPGAでSDRAMを手軽に扱うことができるため、各種実験やアイデアの検証を、思い立ったらすぐにはじめることができます。
　しかも、オンボードでFPGA用コンフィグROMを搭載しているため、スタンドアローンでの動作も即可能であり、プロフェッショナルの方にもご満足いただける仕様となっております。

標準構成

• FPGA:
  　XC2S100-5TQ144C
• SDRAM:
  　HM5225805BTT　256Mbit(8Mword*8it*4bank),PC100
  　　もしくは
  　K4S561632B-75　256Mbit(4Mw16bit*4bank),PC133
• USB:
  　FT245BM
• FPGAコンフィグROM:
  　XC18V01VQ44C (NP1003E以降はXCF01S使用)
• USBコンフィグROM:
  　AT93C46(NP1003C以降では標準実装)

ご注文

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　ご注文はナヒテックオンラインショップで承ります。

　ご好評により完売いたしました。

　お買い上げいただきました皆様、大変ありがとうございました。

新着情報

平成16年10月22日 新バージョン(SDRAM16bit)の発表
平成16年10月22日 NP1003Fの販売再開
平成16年10月22日 NP1003E以降のUSB Mini-Bコネクタの注意点を発表
平成16年8月21日 SDRAMサンプルアプリケーションを更新。
平成16年7月29日 NP1003Fを発売開始。
平成16年6月3日 NP1003を高速USB-JTAGケーブル化にするための情報を公開。
平成16年6月3日 NP1003Eの発売開始。
平成16年6月2日 NP1003Eの情報を追加。
平成16年1月9日 応用例に「へぇしっく」を追加。
平成15年12月22日 回路図と部品表を更新。
平成15年12月11日 NP1003Dバージョンの発売開始。
平成15年8月22日 回路図と部品表を修正
平成15年8月3日 Bバージョン以前の3.3V電源の問題について。
平成15年8月3日 NP1003Cバージョンの発売開始。
平成15年8月3日 キット版、作り方の紹介。
平成15年7月4日 XC2S100版の発売開始。
平成15年6月9日 使い方のコーナーにLEDとUSBを追加。
平成15年5月4日 使い方のコーナーにWebPACKの使い方を追加。
平成15年5月3日 応用例にFPGA OSを追加。
平成15年4月28日 デバイスドライバへのリンク(FTDI社)。
平成15年4月27日 NP1003Bをリリース。NP1003の3つの問題点を修正。

バージョンの相違

NP1003(無印)

• 水晶のハンダ付けがやりにくい。
• 40ピンコネクタに、ヘッダが刺さらない。

NP1003B

• 40ピンコネクタの穴を大きくした。
• 水晶のシルクを変更
• 5Vが逆流するという問題が生じているため、FT245BMの13番ピンを浮かせるなどの対策が必要。

NP1003C

• FT245BMのSI/WUを3.3Vに接続。5V逆流が解決。
• USBコンフィグROMを搭載。
• チップ部品のパッド間隔を広くした。

NP1003D

• JTAGのTCK波形整形のため、ヒステリシス付バッファ74LV1G32を挿入。
• FPGAのM0,M1,M2、JTAGのTMSなどをパターンカットできるようにした。
• PROG,INIT,DONE,CCLK,CDATA,TCK,TMS,TDI,TDOなど、コンフィグやJTAGに必要な信号にシルクを入れ、デバッグしやすくした。
• 電源ライン以外のスルーホール径を小さくした。
• QFPのピン5本ごとにシルクを入れ、またピン番号を表すシルクを入れた。
• いくつかの部品の配置やシルク位置を変更し、作りやすくした。
• いくつかの抵抗の値を変更した。 

NP1003E

• コンフィグROMをXCF01Sに変更。
• Mini-B USBコネクタと通常のUSB Bコネクタのどちらにでも対応できるようにした。
• FT245のD4〜D7のピンにテストポイントを設置。
• 2.5V用の電圧レギュレータを、PQ025シリーズから、NCP1117に変更。
• USB用のEEPROMを、93C46から93C56に変更。
• SDRAMのクロック端子をモニタできるよう、テストポイントを設置。
• FPGAのM0,M1,M2、JTAGのTMS,TDIなどのパターンカットをデフォルトでカット状態にした。

NP1003F

• USBのリセット回路を簡略化
• 電源ラインに定格電流750mAのポリスイッチ(リセット可能ヒューズ)を追加。
• 2.5V定電圧レギュレータをIRU1207CS25に変更。
• SDRAMのCASとRASをモニタしやすいようシルクを印字。

機能・特徴

外形

• 横70mm、縦50mm。直径3mmのねじ穴が4つ。
• IOなど各端子には親切なシルク解説付。

電気的特徴

• SDRAM用とUSB用のIOを除いた37本のユーザI/Oが使用可能。
• FPGAの4本のクロックが全て使用可能。
• 4本の外部クロックが使用可能。
• 表面実装水晶はGCK0に接続済み。
• クロックには、ダンピング抵抗と終端抵抗用パターンあり。
• 簡易リセット回路はGCK3に接続済み。

搭載可能部品

• SDRAMは、54ピンTSOP IIタイプの4bit/8bit/16bit品対応。
• FPGAは、XC2S15TQ144C、XC2S30TQ144C、XC2S50TQ144C、XC2S100TQ144Cに対応。
• FPGA用コンフィグROMは、XCF01Sに対応。
• クロック発信器は、表面実装タイプ。
• USBコネクタは、BタイプまたはMini-Bタイプが使用可能（NP1003E以降）。

その他

• USBチップ(FT245BM)用外付けEEPROMは、オンボードに搭載(NP1003C以降)。
• 外部からの電源供給が可能。外部への電源供給も可能。
• 各種デバッグ用にチップLED(1608サイズ)を4個搭載。
• SDRAM制御VHDLを公開。

コンフィグROM

　コンフィグROMを用いると、ベリファイ完了後にユーザの判断でFPGAの再コンフィグをスタートできるため、ノイズ等による誤コンフィグによってFPGAに致命的な損傷を与えることを未然に防ぐことができます。また、コンフィグROMの書換えはFPGAの動作に影響を与えません。コンフィグROMはFPGAを安心してお使い頂くために必須な緩衝材といえます。もちろん、NP1003はコンフィグROMを標準装備しています。

　また、XILINXのアプリケーションノート(XAPP694)には、コンフィグROMの余ったエリアをユーザデータとして用いる技術について記述されています。このようにコンフィグROMはFPGAの応用範囲を大きく広げます。

　なお、コンフィグROMは、NAXJPあるいはMitouJTAG(仮称)を利用して、FPGA動作中にUSB経由でリモートプログラミングできます。（別途FPGAにコンフィグ用の回路を組み込む必要があります。）

USBコネクタの両対応

　NP1003E以降のUSBコネクタは、通常のBコネクタと、Mini-Bコネクタ(表面実装)の両方に対応しています。

　Mini-Bコネクタを実装した場合は、下の写真のように厚さが9.5mmと極めて薄く仕上がります。
　　　※ Mini-Bタイプの場合は、パターンとコネクタの金具部分が接近します。下記の注意点をお読みください。

　もちろん、従来どおりBタイプのUSBコネクタを実装することも可能です。

FT245BMのデータ線テストパッド

　FT245BMのデータ線、D7〜D4を容易に引き出すことができるよう、テストパッドを設けました。これは、将来的にFT245BMのBitBangモードを用いてJTAG接続ができるようにするためです。

SDRAMのクロックモニタ

　SDRAMのクロックを、オシロスコープで観察しやすいようにテストパッドを設けました。また、RASとCASにもわかりやすいよう、シルク印字を行っております。

NP1003E以降のUSB Mini-Bコネクタの注意点

　NP1003E以降のバージョンでは、USBコネクタにMini-BコネクタとBコネクタの両方が使用できるようになっています。

　Mini-BタイプのUSBコネクタを使用した場合、右の写真の図示した部分の配線（USBパワー5V）がUSBコネクタの金属製の金具（GND）の部分と接近します。

　通常の使用においては、この部分の配線とコネクタは0.1mmほどの間隙があるため容易に接触しませんが、経年劣化によるコネクタの変形や、結露などにより接触する可能性があります。

　そのため、USBにMini-Bコネクタを使用している場合は、コネクタに下向きの強い力を加えないようご注意ください。

　なお、平成16年10月22日以降に出荷するNP1003Fでは、USBコネクタとプリント基板の間に、絶縁性に優れたポリイミドテープを挟むことにより保護しております。 

　平成16年9月以前にMini-BタイプのNP1003(E or F)をご購入いただいたお客様には、この絶縁補強を無料で行わせていただきます。ご希望の方は弊社までNP1003(E or F)基板をご返送ください。

NP1003Fの新機能

ポリスイッチの採用

　NP1003F上、またはNP1003Fに接続した外部の基板で電源ショートなどが発生した場合に、USBバスパワーで給電しているパソコン等を保護するため、ポリスイッチを挿入しました。

　定格電流750mAで、トリップするには1.5A程度必要です。このポリスイッチは保護のために入れていますので、ポリスイッチを敢えて動作させるような使い方はお控えください。

USB周辺回路の簡略化

　NP1003Eバージョンまでは、リセット時にUSBのD+に電流が逆流しないようにNPNトランジスタを用いて防いでいましたが、FTDI社の最新のデータシート並びにアプリケーションノートを参考にし、USB周辺の回路を簡略化しました。

2.5V定電源レギュレータの変更

　2.5V電圧レギュレータにIRF社のIRU1207CS25を採用しました。ドロップアウト電圧が小さく、かつ安定して入手でき、パッケージが小型で電流を多く取れるためです。

価格表

　また、在庫がない場合お時間はかかってしまいますが、以下の周波数の水晶もお取り寄せ致します。

1.8432M 2M 2.4576M 3.579545M 3.6864M 4M 4.096M 4.194304M 4.9152M 5M 6M 6.144M 7.3728M 8M 8.192M 9.8304M 10M 11.0592M 12M 12.288M 14.31818M 14.7456M 15M 16M 16.384M 18M 18.432M 19.6608M 20M 21.0526M 24M 24.576M 25M 27M 28.63636M 30M 32M 32.768M 33.333M 36M 40.000MHz 48.000MHz 50.000MHz 66.667MHz

　さらに、特殊な周波数をご希望の場合は、PLL内蔵水晶発振器によって対応させていただきます。料金が1500円かかりますが、1M〜125MHzまでの自由な周波数で対応可能です。

回路図・部品表

回路図 (NP1003Fバージョン)

基板ピン配置図

部品表 (NP1003Fバージョン)

作り方

使い方

使い方の解説

デバイスドライバ

　デバイスドライバには、仮想COMポート型と、ダイレクト型の2種類があります。
　仮想COMポート型はその名のとおり、FT245BMをCOMポートとして認識させるものです。このため、専用アプリを開発しなくてもTeratermなどからキャラクタ型のインタフェースが可能です。

　デバイスドライバは、以下のものが平成16年10月22日現在の最新版です。

• D10606.zip FTDI社の提供するダイレクト型（FTD2XX）デバイスドライバ

　このデバイスドライバでは、COMポートのプロトコルに縛られず自由な形式でインタフェースできますが、通信用ソフトウェアを自分で作成しなければなりません。

　なお、デバイスドライバの最新情報とAPI仕様はFTDI社のページからダウンロードできます。

• ダイレクト型 http://www.ftdichip.com/FTD2XXDriver.htm (D2XXドライバです)
• 仮想COMポート型 http://www.ftdichip.com/FTWinDriver.htm (VCPドライバです)

FTDI社のサンプルアプリケーション

　デバイスドライバで、ダイレクト型を選択した場合、次のアプリケーションを使用してUSBチップと通信を行うことができます。このアプリケーションは、FTDI社から提供されているサンプルアプリケーションをBorland C++ Builderでコンパイルしたものです。
　このサンプルアプリケーションを使用すると、とても簡単にUSBのチェックが行えます。

• D10606.zip FTDI社の提供するダイレクト型（FTD2XX）デバイスドライバ
• d2xxapp.exe 　FTDI社の提供する通信アプリケーション

　次の図は、弊社のFPGA OSというFPGA用のアプリケーション回路を、FTDI社のd2xxappから操作している様子です。

　なお、デバイスドライバで仮想COMポート型を選択した場合は、TeraTermなどのソフトを用いて手軽にアクセスすることができます。もちろん、自作プログラムの中で仮想COMポートを開いてアクセスすることもできます。

サンプルソース

SDRAMに、USB経由で書きこみ、読みこむサンプルアプリケーション

• FPGA設計データ
  • SDRAMデータ幅8bit版
  • FPGAのVHDLソース
  • FPGAのUCFファイル
  • XILINX用プロジェクトファイル
  • FPGAコンフィギュレーションデータ
    ※XC2S100用50MHz版です。このデータはFPGAではなくコンフィグROMに書き込んでください。
    ※XC2S100のSLICEを18％使用。 
  • SDRAMデータ幅16bit版
  • FPGAのVHDLソース
  • FPGAのUCFファイル
  • XILINX用プロジェクトファイル
  • FPGAコンフィギュレーションデータ
    ※XC2S100用50MHz版です。このデータはFPGAではなくコンフィグROMに書き込んでください。
• Windows側アプリケーション(C++ソース)
• Windows側アプリケーション(EXEファイル)

C++のコンパイル方法

　コンパイルには、FTDI社のWebサイトからD2XXドライバをダウンロードして、インストールしておく必要があります。FTDI社のドライバに付属のDLL用LIBはVC用に作られているため、BCCではそのままでは使用できません。そこで、implibを使ってDLLからLIBを作成します。VisualCでコンパイルする場合はimplibは必要ありません。

　念のため、コンパイルに必要になるファイルを置いておきます。FTDI社のドライバから作成できた場合は不要です。

• FTD2XX.lib　上記の手順でDLLから作成したBorlandC++用インポートライブラリ
• FTD2XX.h　FTDIライブラリ用ヘッダファイル

アプリケーション

FPGA OS ver0.1 (仮称)

　NP1003最初のアプリケーションは、FPGA OS(ver0.1)です。FPGA OSは、FPGAにコマンドラインインタフェースを実装し、各種操作を行うことができる、FPGAのためのOSです。すべての機能がステートマシンでハードコードされており、世界最速のコンソールだと思います。
　ソースはGPLライセンスの下に、オープンソースで公開しています。
　 FPGA OS ver0.1 詳細 2003年5月3日

へぇ〜しっく HASIC

　「へぇ〜しっく」はFPGAワンチップで構成するへぇボタンです。
　USBにつないだ瞬間、あるいはプッシュボタンを押したり、USBからデータを送るたびに圧電サウンダから「へぇ〜」と脱力感のある音が鳴り響きます。
　シグマデルタ1ビットDACを使用してFPGAのI/Oから直接音声信号を出力しており、電源投入と同時に「へぇ〜」と発声します。もちろん、「へぇ〜」の重なり合いも4重奏までサポートしています。
　 へぇ〜しっく 詳細 2004年1月9日

高速USB-JTAGケーブル

 　MITOUJTAGで使用できる、高速なUSB-JTAGケーブルです。

　NP1003を用いて他のデバイスやボードをリモートコンフィグできます。ノートPCでも使用できます。詳細は下記を御覧下さい。

• 高速USB-JTAG概要
• NP1003を高速USB-JTAG化する

USBバスパワーとセルフパワーの切替え

USBバスパワーとは

セルフパワーとは

切り替え方法

ご注意

製品動作確認試験

　以下の方法で動作を確認しています。

　まず始めに、SDRAMに54MHzのクロックを与え、USB経由で32Mバイトの乱数データを書きこみます。
次に、そのデータを繰り返し読み出し、データにエラーがないことを確認します。
　室温で60時間のヒートラン試験を行い、間欠的に45Gバイト以上のデータの転送を行いましたが、
エラーは1ビットも発生しておりません。
　USBとSDRAMを使用した場合のエラー発生率は、2.7×10^-10%以下であると言えます。

出荷前動作確認試験

　NP1003シリーズは、出荷前にすべての製品について下記の検査を実施しています。

1. SDRAMに32Mバイトの乱数データを書込み、そのデータを読み出してデータにエラーがないことを確認します。
2. 37本のユーザーIOが順番に1本づつHを出力するようにFPGA書き換え、37本の各IOをデジタルストレージオシロで観察し、各IOから出力されるパルス波形を観察し、配線の断線、短絡の無いことを確認します。
   
3. FTDI社のMPROG2ユーティリティを利用して、USB用EEPROM(AT93C56)にデータを書込み、正常に書き込まれることを確認します。
4. 各LEDが点灯することを確認します。
5. FPGA上で、FPGA OSを動作させ、USBの通信を確認します。

使用上のご注意

　この装置は、FPGAの動作検証目的などを想定して作られております。 この装置を使用した結果は一切保証できません。 この装置を組み込んだ装置は、データーの消失や異常な動作をする可能性が否めないので、絶対に次のような装置には使用しないでください。 もし使用して、いかなる結果が起ころうとも、設計者・製造者やデバイスメーカーは一切責任は負いません。

1. 人命に関わる機器
2. 医療機器
3. 誤動作により、人体や財産に影響を及ぼす可能性のある機器
4. 誤動作により、火災の発生を起こさせる可能性のある機器
5. 航空・宇宙機器
6. 原子力関連機器
7. 電動工具
8. 国際法・国際条約上の輸出規制のある国へ輸出される可能性のある機器
9. その他、デバイスの誤動作やデータの消失によって、何らかの損害を被る場合や何らかの問題が生じる装置

　この装置を製作、使用することによって、感電・爆発・火災・火傷等が発生した場合も設計者・製造者はいかなる場合においても火災・爆発・感電・火傷等に関する責任は負いません。各自で最新の注意を払って、回路を確実に理解し、製作・使用をおこなってください。 すなわち、あらゆる最悪の事態を想定して使用して、趣味の範囲でご使用ください。