Eval Boards: купить или сделать самому? Зачем оно надо? (для СВЧ компонентов)
Как я писала ранее, в мою работу входит не только разработка собственно схемы СВЧ модуля, но и проектирование тестовых плат, а также измерение параметров микросхем (именно поэтому так важно сделать как можно более хороший переход плата-разъём).
Эта статья связана с предыдущими моими статьями.
Введение
в даташитах характеристики иногда приукрашены
в даташитах не всегда указан параметр, по которому происходит оценка (например полосы частот)
в даташитах не всегда указаны условия измерений
часто условия (тип подложки, например) в разрабатываемом изделии будут другими и часто это влияет на характеристики
тестировать сложные микросхемы, например усилители необходимо вдвойне, так как в даташитах иногда просто невозможно вместить все возможные режимы работы
при тестировании можно производить настройку и согласование
Тестовые платы и оснастки
В прошлых статьях я упоминала, что у нас в работе существует ряд стандартных длин плат и оснастки под них. Зачем? Мы тестируем всё, начиная от простого разделительного конденсатора и заканчивая многоваттным усилителем со сложной топологией схемы согласования и многокопонентной схемой питания. Нетрудно догадаться, что для одного конденсатора удобно использовать самую маленькую оснастку, а для усилителя с обвязкой потребуется сильно больше площади.
Кстати про обвязки и схемы питания СВЧ усилителей у меня запланирована статья
Именно отработанные оснастки с известным КСВ перехода разъём-плата позволяют быть уверенными в качестве измерений исследуемого компонента.
Рис.1 Усилитель в корпусе sot89 в оснастке длиной 32мм Рис.2 Аттенюатор на плате длиной 16мм
Все картинки из моего Инстаграма.
или вместо оснасток со стенками
Рис.3 Плата с усилителем под съёмные краевые разъёмы Рис.4 Плата с краевыми разъёмами SWMW
Тестирование СВЧ усилителей
Громкий заголовок, извините, в этом параграфе я точно не смогу описать все аспекты тестирования усилителей.
Кроме того, транзисторы, из которых состоят кристаллы усилителей по своей природе имеют очень малое волновое сопротивление. Корпусированные микросхемы предлагаются к покупке согласованными на 50 Ом. Однако, не стоит радоваться. Часто, особенно, если усилитель широкополосный, он требует «досогласования» в нужной полосе частот.
Но! Нужно учитывать время инженера на согласование изготовления плат, сама стоимость изготовления, время изготовления, монтаж, покупку компонентов обвязки, стоимость разъёмов.
Рис.6 ЕВ Hittite с разъемами SWMW (картинка из интернета)
Обратите внимание, топовые производители часто делают дополнительный микрополосок Thru cal. Он необходим, чтобы оценить потери подводящих линий, а также оценить КСВ перехода разъём-плата.
Рис. 7 ЕВ Cree (картинка из интернета)
С другой стороны, чаще всего производители используют Ro4350- самый дешевый Роджерс с довольно высоким тангенсом диэлектрических потерь. То есть, есть большая вероятность, что в модуле будет другая подложка. Также в поддержку моего призыва делать тестовые платы самим я бы указала на то, что ЕVВ не бывают для конденсаторов, диодов и т.п. То есть на первом этапе проектирования всё равно придётся запускать в производство тестовые платы. В таком случае уж лучше и для усилителя тестовую плату сделать.
Так покупать или делать самим?
Рис.8 Мощный усилитель с согласующими платами, изготовленными по чертежам производителя
Кроме того, теперь любой, не обязательно обладающий глубокими знаниями по усилителям, инженер вполне может создать усилительный блок, например используя dxf производителя и делитель с сумматором.
evaluation board
Смотреть что такое «evaluation board» в других словарях:
Board on Science, Technology, and Economic Policy — The United States National Academy of Sciences Board on Science, Technology, and Economic Policy (STEP) is a board of the United States National Academy of Sciences. The mandate of the Board is to integrate understanding of scientific,… … Wikipedia
Board examination — In India, board examinations refer to the pivotal examinations that occur at the end of the 9th to 10th grade education (SSC), or at the end of the 11th to 12th grade education (HSC). The scores achieved in these exams are considered very… … Wikipedia
Evaluation function — An evaluation function, also known as a heuristic evaluation function or static evaluation function, is a function used by game playing programs to estimate the value or goodness of a position in the minimax and related algorithms. The evaluation … Wikipedia
Board for Certification of Genealogists — The Board for Certification of Genealogists is a certifying body for genealogists founded in 1964 by Fellows of the American Society of Genealogists, the genealogical field s academic honorary society. The Board licenses associates under two… … Wikipedia
Board of Certification, Inc. — The Board of Certification (BOC) Inc. was originally established in 1970 to set up a program for certifying Athletic Training Students and created qualifications for recertifying current Certified Athletic Trainers. The certification program for… … Wikipedia
Microprocessor development board — Photo of two experimenter boards for the MSP430 chipset by Texas Instruments. On the left the larger chip version, on the right a small version in USB format. A microprocessor development board is a printed circuit board containing a… … Wikipedia
sounding board — board within a musical instrument which strengthens the sound; one who listens to new ideas and gives feedback for evaluation … English contemporary dictionary
American Board of Nuclear Medicine — The American Board of Nuclear Medicine (ABNM) certifies physicians as specialists in the practice of nuclear medicine. Diplomates of the ABNM are called nuclear medicine physicians. The ABNM is one of the 24 member boards of the American Board of … Wikipedia
Continuous and comprehensive evaluation — is an education system newly introduced by Central Board of Secondary Education in India, for middle school(6 10). Contents 1 Introduction 2 New Scheme Of Evaluation 3 Marks And Grades … Wikipedia
Поднимаем SOC: ARM + FPGA
На днях ко мне в руки попала EBV SoCrates Evaluation Board. В двух словах — это плата с SoC от фирмы Altera, на борту которой есть двухъядерный ARM и FPGA Cyclone V.
ARM и FPGA на одном чипе — это должно быть очень интересно! Но для начала всё это добро нужно «поднять».
Об этом процессе я и поведаю в данной статье.
Если вам в руки попала такая или подобная плата и вы не до конца уверены, что же с ней нужно делать. Если вы всегда думали, что FPGA — это что-то сложное и непонятно, как к этому подступиться. Или вы просто любопытный инженер. Тогда заходите. Мы всем рады.
А в качестве маленького бонуса измерим пропускную способность между CPU и FPGA.
План работ
Создание прошивки FPGA
Первым делом нам нужно получить прошивку FPGA.
Из инструментов для этого понадобится САПР Quartus, скачать его можно на официальном сайте
Описывать установку не буду — там всё достаточно очевидно.
Создание проекта
Остальные настройки для нас не важны, жмём Finish.
Проект Qsys
Qsys — отличный инструмент для начинающих. Позволяет получить прошивку, не написав ни строчки кода. Вместо этого разработчик собирает конструктор из заранее заданных кубиков (IP-корок). Требуется только правильно настроить каждую корку и соединить их должным образом.
На первой вкладке нас интересует HPS-to-FPGA interface width, чтобы мы имели доступ из CPU ко внутренней памяти FPGA:
Осталось сгенерировать файлы. Кнопка Generate HDL, в появившемся окне опять жмём Generate, ждём, Finish.
Компиляция проекта
Мы получили файл soc.sof c прошивкой FPGA. Но мы хотим прошивать ПЛИС прямо из CPU, поэтому нам понадобится другой формат. Выполним конвертацию. Это можно делать и из GUI, но в консоле проще. Да и вообще, пора уже отвыкать от GUI :).
Для конвертации надо запустить терминал и перейти в директорию с нашим проектом. Далее перейти в output_files и выполнить команду (не забываем, что директория с утилитами Quartus дожна быть в переменной PATH):
Ура! Мы получили прошивку FPGA.
Сборка ядра
Теперь соберём ядро для нашего ARM.
Из инструментов потребуется Altera SoC EDS. Отсюда мы будет брать компилятор arm-linux-gnueabihf- для кросс-компиляции.
Запускаем скрипт, который добавит в PATH директории с компилятором и запустит bash:
Устанавливаем переменные окружения:
Переходим в директорию с ядром и выполняем конфигурацию:
Cобираем образ ядра для U-Boot:
Теперь нам нужно получить так называемый .dtb (Device Tree Blob) файл. Это бинарный файл, содержащий информацию о платформе — интерфейсы, пины, тактовые сигналы, адресное пространство и т.д. Ядро читает этот файл во время инициализации и вносит в неё изменения. Это позволяет использовать одно собранное ядро на нескольких аппаратных платформах.
Итак, получаем .dtb файл:
Но этот файл не для нашей платформы, поэтому нам придётся внести в него небольшие изменения. Для этого конвертируем файл в текстовый формат .dts (Device Tree Source):
Теперь в soc.dts нужно удалить блок bridge@0xff200000. Это можно сделать либо руками, либо наложив патч:
Теперь конвертируем файл обратно в .dtb:
Сборка U-Boot и Preloader
Функциями Preloader чаще всего являются инициализация SDRAM интерфейса и конфигурация пинов HPS. Инициализация SDRAM позволяет выполнить загрузку следующей стадии из внешней памяти, так как её код может не поместиться в 60 КБ доступной встроенной памяти.
Bootloader может участвовать в дальнейшей инициализации HPS. Также эта стадия выполняет загрузку операционной системы либо пользовательского приложения. Обычно (и в нашем случае) в качестве Bootloader выступает U-Boot.
OS — тут всё просто. Это наш любимый Linux. Ядро для него у нас уже есть, корневую файловую систему получим чуть позже.
А в сейчас мы займемся Preloader и U-Boot
Открываем терминал, запускаем уже знакомый нам скрипт:
Заходим в директорию с нашим проектом:
После компиляции там должна появиться директория hps_isw_handoff, переходим в неё:
Запускаем генерацию необходимых файлов:
После этого дожна появиться директория build.
Собираем Preloader:
Теперь нам нужно настроить переменные для U-Boot. Вначале создаем текстовый файл u-boot-env.txt.
Затем конвертируем его в бинарный формат, не забыв указать размер области, содержащей переменные — 4096 байт нам вполне хватит. Даже если реальный размер превысит заданный, mkenvimage сообщит об этом.
Сборка rootfs
Это раздел написан для тех, кто использует Debian (или в если Вашем дистрибутиве тоже есть debootstrap). Если Вы не среди них — можете воспользоваться Yocto или любым другим удобным для Вас методом.
Устанавливаем необходимые пакеты:
Создаем директорию и выкачивает туда необходимые файлы:
Чтобы запускать приложения, собранные под ARM-архитектуру, будем использовать qemu static. Для этого скопируем файл в нашу rootfs:
Переходим в нашу новую файловую систему:
Если приглашение интерпретатора изменилось на «I have no name!@hostname:/#», значит всё прошло успешно.
Заканчиваем процесс установки:
В /etc/inittab оставляем следующие строки:
Написание тестовых программ
Если говорить в двух словах, то почти всё взаимодействие между компонентами SoC происходит при помощи отображения адресного пространства одного компонента в адресное пространство другого.
Рассмотрим на примере. В нашем проекте при помощи Qsys мы указали, что на интерфейсе HPS-to-FPGA начиная с адреса 0 расположен блок On-Chip памяти размером 262144 байт. Сам интерфейс HPS-to-FPGA отображается в адресное пространство CPU по адресу 0xC0000000 (см. документацию на Cyclone V). В итоге обращение CPU по адресам от (0xC0000000 + 0) до (0xC0000000 + 262143) будет приводить к обращению ко внутренней памяти FPGA.
Поэтому для работы нам потребуется утилита, с помощью которой можно читать/писать про произвольным адресам памяти. Вот её исходный код:
Теперь нужно собрать её с использованием кросс-компилятора. Для этого запускаем скрипт:
И выполняем компиляцию:
Также нам нужна утилита для измерения пропускной способности:
Создание SD-карты
На всякий случай затираем всё нулями.
Внимание! Eще раз проверьте, что /dev/sdb — это карта, а не Ваш второй жёсткий диск.
Для того, чтобы создать разделы, воспользуемся утилитой fdisk:
Далее нужно ввести следующие команды (пустая строка — ввод Enter):
Можно проверить, что у нас получилось:
Должно быть что-то похожее на:
Теперь скопируем на карту образ с переменными U-Boot:
После этого копируем Preloader:
Создаём файловую систему ext3:
И разворачиваем в неё нашу rootfs:
Далее копируем образ ядра, dtb, прошивку FPGA и тестовые программы:
Отмонтируем файловую систему:
Запуск платы и измерение пропускной способности
Наконец-то всё готово для работы. Вставляем карту, подключаем USB и питание.
Заходим по консоли:
Первым делом прошьём FPGA.
Для это необходимо установить переключатель P18 на плате в положение «On On On On On» (выключатели с 1 по 5).
Смотрим текущее состояние FPGA:
Мы должны увидеть configuration phase
Заливаем прошивку:
И смотри состояние еще раз:
Состояние должно смениться на user mode. Это означает, что ПЛИС сконфигурирована и готова к работе.
Теперь проверяем наши утилиты. Но перед этим ещё немного «работы напильником».
У нашего кросс-компилятора и у Debian разные названия динамического линкера. Поэтому для того, чтобы утилиты работали, нам необходимо создать ссылку на правильный линкер:
Итак, запускаем утилиту (пояснение, что это за адрес, будет чуть ниже):
Если в результате Вы видите строку data = 0x00000007, значит всё в порядке.
Как я уже писал выше, внутренняя память ПЛИС у нас будет отображена в адресное пространство начиная с адреса 0xC0000000. Но перед тем, как мы сможем работать с этой памятью, нам нужно сделать еще два действия.
После этого вновь прочитаем регистр, чтобы убедиться, что данные записались корректно:
Второе — мы должны включить отображение интерфейса HPS-to-FPGA в адресное пространство CPU. За это отвечает блок L3 (NIC-301) GPV (l3regs) с базовым адресом 0xFF800000, и конкретно его регистр remap со смещением 0. За HPS-to-FPGA отвечает бит под номером 3. В итоге, нам нужно записать в регистр число 0x8:
К сожалению, этот регистр доступен только для записи, поэтому прочитать для проверки данные у нас не получится.
Теперь мы можем читать и писать в память FPGA. Проверим это. Читаем:
Естественно, там должны быть нули. Теперь запишем туда что-нибудь:
Должно совпасть с записанным.
Ура! Мы наконец-то сделали это! Мы получили работающую SoC с FPGA и организовали доступ к её памяти из CPU.
Но просто читать/писать — это как-то совсем скучно. Давайте хотя бы измерим пропускную способность нашего интерфейса. Тем более это займет совсем немного времени.
Для этого нам потребуется наша вторая утилита memblock:
Она работает следующим образом: если первый аргумент cop равен 0, то в word_count 32-битных слов, начиная с адреса address, будет записана последовательность чисел от 0 до word_count-1. Вся процедура будет произведена cycles раз (это сделано для более точного измерения пропускной способности).
Если cop равен 1, то эти же слова будут считаны и выведены на экран.
Если cop равен 2, то слова будут считаны, а их значения будут сравниваться с теми, что гипотетически были записаны.
Проверим. Запишем немного данных:
Результат должен быть следующим:
Теперь попробуем сравнить данные, специально задав чуть большее количество слов:
Должны получить такую строку:
Теперь запускаем запись по всему объему памяти в количестве 1000-ти повторений и замеряем время записи:
Среднее значение по 5 запускам равно 11.17 секунд. Считаем пропускную способность:
Не очень густо. А что у нас с чтением:
Среднее время 10.5 секунд. Что выливается в:
Примерно то же самое. Естественно, на время выполнения любой из этих операций одно из двух ядер загружается на 100%.
Если при компиляции добавить флаг -O3, то пропускная способность на запись и на чтение станет 212 Мбит/c и 228 Мбит/c соответственно. Чуть лучше, но тоже не метеор.
Но это и не удивительно — мы же ничего не делали, чтобы эту самую пропускную способность увеличить. Неплохо было бы поиграться с более хитрой оптимизацией, посмотреть в сторону ядра, или, на худой конец, хотя бы прикрутить DMA, чтобы разгрузить процессор.
Но это уже в следующей статье, если, конечно, кому-то это будет интересно.
evaluation board
host board — основная плата
board swapping — замена плат
spare board — запасная плата
hybrid board — гибридная плата
analog board — аналоговая плата
Смотреть что такое «evaluation board» в других словарях:
Board on Science, Technology, and Economic Policy — The United States National Academy of Sciences Board on Science, Technology, and Economic Policy (STEP) is a board of the United States National Academy of Sciences. The mandate of the Board is to integrate understanding of scientific,… … Wikipedia
Board examination — In India, board examinations refer to the pivotal examinations that occur at the end of the 9th to 10th grade education (SSC), or at the end of the 11th to 12th grade education (HSC). The scores achieved in these exams are considered very… … Wikipedia
Evaluation function — An evaluation function, also known as a heuristic evaluation function or static evaluation function, is a function used by game playing programs to estimate the value or goodness of a position in the minimax and related algorithms. The evaluation … Wikipedia
Board for Certification of Genealogists — The Board for Certification of Genealogists is a certifying body for genealogists founded in 1964 by Fellows of the American Society of Genealogists, the genealogical field s academic honorary society. The Board licenses associates under two… … Wikipedia
Board of Certification, Inc. — The Board of Certification (BOC) Inc. was originally established in 1970 to set up a program for certifying Athletic Training Students and created qualifications for recertifying current Certified Athletic Trainers. The certification program for… … Wikipedia
Microprocessor development board — Photo of two experimenter boards for the MSP430 chipset by Texas Instruments. On the left the larger chip version, on the right a small version in USB format. A microprocessor development board is a printed circuit board containing a… … Wikipedia
sounding board — board within a musical instrument which strengthens the sound; one who listens to new ideas and gives feedback for evaluation … English contemporary dictionary
American Board of Nuclear Medicine — The American Board of Nuclear Medicine (ABNM) certifies physicians as specialists in the practice of nuclear medicine. Diplomates of the ABNM are called nuclear medicine physicians. The ABNM is one of the 24 member boards of the American Board of … Wikipedia
Continuous and comprehensive evaluation — is an education system newly introduced by Central Board of Secondary Education in India, for middle school(6 10). Contents 1 Introduction 2 New Scheme Of Evaluation 3 Marks And Grades … Wikipedia
evaluation board
Смотреть что такое «evaluation board» в других словарях:
Board on Science, Technology, and Economic Policy — The United States National Academy of Sciences Board on Science, Technology, and Economic Policy (STEP) is a board of the United States National Academy of Sciences. The mandate of the Board is to integrate understanding of scientific,… … Wikipedia
Board examination — In India, board examinations refer to the pivotal examinations that occur at the end of the 9th to 10th grade education (SSC), or at the end of the 11th to 12th grade education (HSC). The scores achieved in these exams are considered very… … Wikipedia
Evaluation function — An evaluation function, also known as a heuristic evaluation function or static evaluation function, is a function used by game playing programs to estimate the value or goodness of a position in the minimax and related algorithms. The evaluation … Wikipedia
Board for Certification of Genealogists — The Board for Certification of Genealogists is a certifying body for genealogists founded in 1964 by Fellows of the American Society of Genealogists, the genealogical field s academic honorary society. The Board licenses associates under two… … Wikipedia
Board of Certification, Inc. — The Board of Certification (BOC) Inc. was originally established in 1970 to set up a program for certifying Athletic Training Students and created qualifications for recertifying current Certified Athletic Trainers. The certification program for… … Wikipedia
Microprocessor development board — Photo of two experimenter boards for the MSP430 chipset by Texas Instruments. On the left the larger chip version, on the right a small version in USB format. A microprocessor development board is a printed circuit board containing a… … Wikipedia
sounding board — board within a musical instrument which strengthens the sound; one who listens to new ideas and gives feedback for evaluation … English contemporary dictionary
American Board of Nuclear Medicine — The American Board of Nuclear Medicine (ABNM) certifies physicians as specialists in the practice of nuclear medicine. Diplomates of the ABNM are called nuclear medicine physicians. The ABNM is one of the 24 member boards of the American Board of … Wikipedia
Continuous and comprehensive evaluation — is an education system newly introduced by Central Board of Secondary Education in India, for middle school(6 10). Contents 1 Introduction 2 New Scheme Of Evaluation 3 Marks And Grades … Wikipedia
