Spartan Edge Accelerator Board 入门教程

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本文介绍一块 FPGA 开发板——Spartan Edge Accelerator Board。也称Spartan-7 FPGA开发板或SEA-S7。

选择与不选择理由

优点

便宜。整板价格在200-300元之间，且可以不需要下载器。
性能好。比起几百块级别的入门板性价比相当高。规格参数可以翻阅官方的文档。英文中文
可以使用vivado。vivado不兼容Spartan6（常见的入门板）但兼容Spartan7。
arduino和FPGA的结合体，看起来像低配版的FPGA ZYNQ（arm + FPGA）。
提供用封装好的arduino接口。方便arduino用户入门。

缺点

没有详细的文档，更没有视频教程。绝对不适合没有任何经验的FPGA小白以及自学能力不够强的新手。
比一般的以教学为目的的入门板少了很多外设。

Hello World

下面以一个blink项目为例，介绍该开发板的使用。

官方的文档上有入门教程，不过好久没维护了，一些链接也没了，有兴趣折腾的可以搞一下。

硬件准备

开发板。
一根Type-C数据线。
[可选] Platform Cable USB II （JTAG接口的FPGA下载器）。
一张SD卡（外加读卡器）。

软件准备

arduino IDE。
vivado（免费的webpack版也支持Spartan-7）。
CP2102 USB驱动，可以前往这里下载。

软硬件设置

首先明确是要将开发板当作独立的FPGA使用，所以arduino的部分只是辅助。

硬件

首先找到板子上唯一一个跳线帽。这里标有PWR_MODE，可以设置电源模式。如果将该开发板作为arduino的扩展板使用，可以通过设置PWR_MODE为off来隔离系统电源，同时给两块板供电。现在只是作为独立的FPGA使用，暂时不用管。

然后找到跳线帽旁边的一排拨码开关。新买的板子应该在上面有一层塑料膜封着，将其揭开。将Slave下的拨码开关向上推，也就是推向Slave。这里是设置向FPGA写入比特流的方式。当前设置为arduino部分将SD卡中的比特流文件写入FPGA。这样就不需要下载器。

将SD卡格式化为FAT16或FAT32文件系统。

软件

启动arduino IDE。在文件-首选项-附加开发板管理器网址处设置https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json。

在工具-开发板-开发板管理器中找到 esp32 并下载安装。

安装完成后，在工具-开发板中选择DOIT ESP32 DEVKIT V1。

现在测试一下是否可以与开发板正常通信。

用Type-C线连接开发板与电脑。可以使用设备管理器（windows）或者(lsusb linux)查看是否连接上。也可以在arduino IDE中查看工具-端口，看是否连接上。

注意开发板应上电（检查电源开关），驱动程序应安装，Type-C线应可传数据。

接下来向arduino部分中烧录向FPGA写入比特流的程序。

下载已经写好的库。在arduino IDE中通过项目-加载库-添加.ZIP库将库导入。

使用文件-打开打开01LoadDefaultBitstream.ino文件。这就是需要的程序文件。

接下来，将工具-Upload Speed设置为115200。使用项目-上传下载程序到开发板。

至此，arduino辅助下载FPGA比特流文件的部分已经完成。

Blink

下载官方例程库。找到其中的Hello-World/FPGA/Verilog/HelloWorld-Verilog。使用vivado打开该项目。修改以下文件内容。

Hello-World.v

`timescale 1ns / 1psmodule Hello_World(input clk,output reg signal_2);reg [32:0] m;always @(posedge clk) beginm = m + 1;if (m == 100000000) beginsignal_2 = signal_2 == 1 ? 0 : 1;m = 0;endend
endmodule

system.xdc

set_property -dict {PACKAGE_PIN H4 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports clk]
create_clock -add -name sys_clk_pin -period 10.00 -waveform {0 5} [get_ports {clk}];set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {signal_2}]
set_property PACKAGE_PIN J1 [get_ports {signal_2}]
set_property PULLDOWN true [get_ports {signal_2}]

直接使用generate bitstream生成比特流文件。将位于HelloWorld-Verilog.runs\impl_1下的比特流文件Hello_World.bit复制到SD卡根目录下的overlay目录下，并改名为default.bit。

断开开发板与电脑的连接，将SD卡插入开发板，再连接开发板与电脑。

不出意外的话就可以看到位于右上角的LED灯闪烁。

此后如果要写入新的比特流文件，还是需要按照上述操作，将文件放到SD卡中然后改名。

这种写入方式非常麻烦。熟悉arduino的用户可能可以尝试通过串行通信直接把电脑上的文件传给FPGA。

鉴于Platform Cable USB II的价格并不高(便宜的大概100多)。建议嫌麻烦的还是通过Platform Cable USB II连接开发板右上角的JTAG接口直接用vivado下载比特流文件（注意要先把前面的Slave设置回来）。

总结

初步使用之后个人感觉这块板子还是挺不错的，用来玩一玩谐波分析和图像识别还是挺适合的。

PCB可以从官方文档处下载。有问题可以到他们的论坛提问。