红色飓风E9 FPGA开发板评测 |电子通-应用新知，新电子的助推者电子通

Red Logic（红色飓风）作为国内FPGA/DSP设计领域为数不多的能够独立完成软硬件设计并且能够提供IP核以及配套的技术支持服务的专业团队，长期致力于提供创新性的FPGA开发套件。RedLogic推出了一系列基于 FPGA的非常有特色的基础开发平台，这一系列基础开发平台都是由底板和核心功能板构成，底板集成了大量的扩展接口（如按键、开关、串口、RAM等），包含FPGA芯片核心板通过高速插座与底板相连。被称为DeepRed的核心板可以自由升级，开发平台使用更加灵活可以评估学习不同的FPGA芯片（甚至包括Xilinx和Altera不同公司的FPGA）。

这一系列基础开发平台已经包括很多产品如基于Xilinx Spartan6芯片的（E45、E16S、E16、E9)和基于Altera Cyclone芯片的开发套件。之前介绍过其中的红色飓风E45开发板，这次向大家介绍一款更适合初学者的红色飓风E9。

为什么说适合初学者？红色飓风E9开发板的FPGA芯片是Spartan6系列中容量较小的（倒数第二）XC6SLX9，但是其中的功能模块相比XC6SLX45并没有减少，作为学习FPGA入门相当不错；更重要红色飓风E9的价格只需要1250元，相比其他的开发平台（红色飓风E45价格为3500元）作为初学者的入门套件性价比很不错。

红色飓风E9采用了纸盒包装
里面包括：

——E9核心板和底板一套
——USB 下载电缆一条
——5V，2A电源线一根
——DVD光盘一张

其中的底板与红色飓风E45中的底板完全一样，我们可以看看其中核心板之间的差异

E9核心板
E45核心板

芯片
XC6SLX9
XC6SLX45

SPI FLASH
64Mbit（M25P64）
64Mbit（M25P64）

DDR2 SDRAM
无
64Mx16bit（MT47H64M16HR-25E）

LED和开关
相同
相同

USB
无
USB2.0（CY7C68013A）

Ethernet
10/100M（WJLXT971ALC）
无

电源
底板供电
底板供电和USB供电

E9和E45的核心板采用的FPGA主芯片都是Xilinx Spartan6系列。Spartan6系列是Xilinx公司目前主推的低成本、低功耗和高性能相结合的FPGA产品，采用可靠的低功耗45nm 9层金属布线双层氧化工艺技术，最大密度能达到15万个逻辑单元。Spartan6 系列的高性价比特别适合于以消费类为导向的DSP设计以及对成本敏感的嵌入式应用，如在汽车娱乐电子，液晶显示和视频监视解析等方面。

芯片资源
XC6SLX9
XC6SLX45

LCs
9152
43661

CLB Slices
1430
6822

DSP48A1
16
58

Block RAM
576Kb
2088Kb

CMT（时钟管理单元）
2
4

MCB（存储管理单元）
2
2

I/O Bank
4
4

最大用户I/O
200
358

E9和E45上的FPGA芯片主要是在逻辑资源上的差异，XC6SLX9上的功能模块并没有减少，在它上面的应用同样完全可以在XC6SLX45上运行，因此如果发现逻辑资源不足的时候可以很方便的升级。

红色飓风E9核心板和底板间通过2个80脚以及一个60脚的高速连接器相连，底板上CPLD逻辑控制实现IO扩展，同时2路40脚扩展插座V3 RM3可以接各种视频、CMOS、触摸LCD、ADC/DAC以及自定义扩展模块，整个的设计框图与红色飓风E45的没有大的变化，这也为方便核心模块的替换升级。

1. FPGA主芯片：xilinx spartan6 XC6SLX9
2. 64Mb（4Mx16bits）SDRAM
3. 256Mb（x8/x16bits）FLASH
4. 512K Byte 高速异步SRAM
5. 64Mb SPI FLASH
6. 2Kb I2C EEPROM
7. 50MHz板载时钟、外部同步时钟SMA接口
8. 10/100M Ethernet接口
9. 8色VGA接口、16x2字符LCD
10. USB-UART接口、4线串口插座
11. 标准PS/2鼠标，键盘接口
12. 音频输入输出、4路ADC输入
13. CPLD逻辑控制实现I/O扩展
14. 常用外设：8路LED、7段数码显示管、6位拨码开关、8位按键、蜂鸣器、红外、SD插座
15. 2路40脚V3 RM3扩展插座，可以实现不同领域的功能扩展

详细介绍

红色飓风E9上的底板与红色飓风E45上的底板是通用的，它的详细细节可以查看红色飓风E45开发板评测（一），不过这次的包装中增加了一个底座，方便用户的细节设计。

下面主要看看红色飓风E9核心板的设计。
红色飓风E9核心板，大小与红色飓风E45核心板一样78x60cm。相比E45减少了DDR2 SDRAM芯片，而且FPGA芯片的管脚密度要小一些，E9核心板的布局布线相对简单一些。
红色飓风E9的框图

1. FPGA主芯片XC6SLX9FTG256C

芯片采用了无铅工艺BGA封装，尺寸17x17mm，最大用户输入输出脚达186个。XC6SLX9 FTG256C的所有I/O分为4个区块（Blank），可以连接不同的输入电压。所有I/O中有8个管脚作为特定功能如配置FPGA，同时其中最多80对管脚可以作为差分信号。可以看到E9核心板的FPGA速度等级为-2(2C)。

2. FPGA配置

E9核心板上FPGA配置也分为两种模式：JTAG配置和SPI FLASH 配置，与E45核心板完全一样。

JTAG配置模式：JTAG模式下载编程速度快，主要用来调试。JTAG接口是在底板上（JC2)，信号通过底板插座JE6到核心板FPGA JTAG接口管脚。

SPI FLASH配置模式：E45采用ST M25P64V6P（如今属于Micron公司）串行NOR FLASH作为FPGA程序配置ROM。该FLASH容量一共64Mbits。E9上电时FPGA首先从SPI FLASH中加载配置程序。SPI FLASH可已通过JTAG电缆烧录程序，由于是串行接口，下载速度很慢。

3. 电源管理

E9核心板上没有USB接口，5V电源都是通过高速插座由底板供电。

板上所需电压包括3.3V工作电压和1.2VFPGA核电压。采用了两片Samtech公司 SC4519 步降开关稳压器，能提供更大工作电流。

4. 高速插座

E9核心板包括2个80pin脚（JE1，JE3）以及一个60pin脚（JE6）高速连接器，支持差分和单端IO信号。与E45核心板不同的是插座都是位于印制板底部采用MALE口插座，顶部去掉了FEMALE口的插座不在支持层叠。底板的连接器中电源信号只有5V信号，保持核心板与底板之间的5V电源连接(底板3.3V电压没有连到核心板）。连接器支持SAMTEC公司的SFC和TFC系列插座。具体的PIN脚定义请看E9用户手册。

5. 时钟

E9核心板上的时钟还是采用频率为50MHz有源器件。

6. Ethernet

E9核心板与E45核心板最大的不同就是，E9上去掉了Slave USB接口，而增加了Ethernet接口。

采用了汉仁电子（Hanrun）的单口RJ45插座HR911105A，自带LED指示。

Ethernet接口的物理层协议芯片（PHY）采用了Cortina公司 LXT971ALC 10/100M PHY收发器。LXT971ALC支持10BASE-T和100BASE-TX，提供MII（与介质无关）接口与10/100 MAC控制器相连。LXT971ALC是一款很常用的网络接口芯片，采用了64脚LQFP封装，相比于SMSC公司的LAN8710A来功能差不多，但是面积大了一倍，而且价格贵很多。

7. LED和开关

E9核心板上有4个拨码开关以及由开关控制的4个用户LED。

另外还有一个FPGA——done指示LED，当FPGA配置完成是会点亮。

8. 按钮

E9核心板上有两个按钮SWP1和SWR1，其中SWR1作为复位键由IMP811低电平复位电压监视器差生FPGA全局复位信号，这个复位信号只对FPGA里的逻辑产生复位。

SWP1按钮触发后产生一个低电平信号，使得FPGA重新由SPI FLASH配置程序。

JTAG下载电缆

红色飓风E9 套件中还包括了一个USB II下载电缆——Red Cable。与以前不同的是，这次下载电缆的套件中还附送了转接适配器和一些连接线，可以支持双排14针（2.54mm间距）、双排14针（2.00mm间距）以及单排JTAG接口。

这样USB下载电缆不再只能接双排10针标准插座，还可以用到很多别的JTAG接口（很贴心实用的配件）。

DVD光盘

随开发板一起附送了一张DVD光盘，估计因为红色飓风这个系列基础开发平台可以用很多不同的核心板卡，光盘中的内容居然都是针对Altera Cyclone芯片，文档组织也比较乱，基本上对于E9来说没有什么价值，不得不说是一个遗憾，红色飓风E9的相关文档可以在这里下载，而相关的FPGA例程可以参考红色飓风E45的例程。

Demo演示

红色飓风E9的附件中包括了一个5V 2A的适配器，E9供电方式只有一种通过外部5V直流电源，核心板的电压由底板提供，连接好电源。

打开底板左侧的电源开关，FPGA首先通过SPI FLASH加载程序，配置完成后，FPGA_DONE的红色LED指示变亮。可以看到在核心板上的4个用户LED循环点亮。在红色飓风E9的出厂SPI FLASH中只有一个简单的流水灯测试程序。

由于附带光盘中内容是针对Altera芯片的，所以还是参考以前红色飓风E45的例程资料，程序都是通用的，不过管脚（UCF文件）必须要重新定义。

重新写一个流水灯程序，把底板上LED也包括进去，这样可以检测核心板和底板之间连线没有问题。流水灯程序主要由时钟分频和译码器构成，因为总共有12个LED，所以需要4线-16线译码器。从红色飓风E45评测我们可以知道，在底板上由于外设很多，FPGA管脚有限，所以使用了一个CPLD芯片用于逻辑选择控制，这样可以以很小的代价扩展更多的外设。但是板卡的资料中没有提供外设对应于FPGA的管脚的UCF文件，也没有CPLD内部逻辑选择的管脚定义，所以定义UCF文件非常麻烦。仅仅知道核心板与底板的信号连接是不够的。

目前只有参照红色飓风E45例程中的UCF文件和电路图来确定E9中的管脚定义，非常不方便，希望能早点出一个完整的UCF定义文件。确定UCF文件后开始编译下载程序，执行后包括核心板和底板的LED都开始流水显示。

此时程序只是直接下载到FPGA中，掉电不能保持，如果想要把程序下载到SPI FLASH中的话，首先要生成mcs文件。

选择FLASH器件，iMPCAT中直接支持M25P64器件，下载程序。完成后重新上电会执行我们新编译的流水灯程序。

在红色飓风E45开发板资料中有很多例程，这些例程都能够移植到E9中使用，关键是重新定义管脚。而且E9上的FPGA芯片（XC6SLX9）容量较小，相对来说编译和布线的时间也大大缩小，对于初学者来说也是不错的。

选择一个键盘控制字符LCD显示的程序（实验十一）。连接PS2键盘，这里我们更换了一个1602LCD模块（E9自带的字符LCD显示有问题）。

重要的是重新定义好UCF文件后，编译下载程序到FPGA。完成后可以在键盘输入字符LCD上显示。

这里我们再试一下另外一个显示VGA色带的程序（实验九）。连接VGA接口到一个显示器，注意想要VGA显示的话底板上跳线控制要选择在“off x on x off”状态。

打开例程，重新定义UCF文件，然后编译下载程序。完成后就在显示器上显示了8色色带图像（底板VGA只支持8色）。

小结

红色飓风E9是Redlogic的一个非常不错的FPGA入门开发平台，核心板上的FPGA XC6SLX9完全能满足初学者的学习要求。采用了核心板和底板分离的设计，底板上外设资源丰富基本囊括了所有常用的接口；升级方便，如果觉得FPGA容量不够只需要更换核心板，而之前的FPGA程序不用更改。红色飓风E9的核心板上还提供了一个Ethernet接口，方便用户进行Ethernet的开发应用，之后我们会介绍FPGA的Ethernet应用。美中不足的是红色飓风E9的文档比较混乱，让人看不明白，如果第一次接触会不知从何入手，尤其是没有提供完整的UCF文件，在进行程序设计时非常不方便。

红色飓风E9目前的价格只要1250元，还是非常适合初学者的，可以在Redlogic的网上商城购买。

参考链接

红色飓风E9 FPGA开发板资料
红色飓风E45 FPGA开发板评测
红色飓风E45资料下载
威视锐科技红色飓风官网
Xilinx Spartan-6官网

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