KX-Card7 ボード仕様

Smart-USB Sigma 製品ファミリ
KX-Card7 システム開発ボード仕様
Ver1.1
Prime Systems, Inc
概要
 高速・多機能
ザイリンクス製 FPGA(Kintex7)と高速通信が可能な

I/O ポート
FPGA のI/O ピン150本をハイスピード・コネ
USB3.0 を採用したシステム開発ボードです。従来 PCI
クタ2個に収容
Express で処理してきたシステムを USB に置き換えたり、
1.2V~3.3Vの信号インタフェースに対応
機器の小型化やタブレット端末での制御など、様々なシチ

ュエーションに対応できます。
FPGAのI/O機能設定により、Max.72chの
LVDSインタフェースが可能
外部システムとの接続には FPGA の I/O 機能を有効活用

できるように、メザニンコネクタ(ハイスピードコネクタ)
シングルエンド
50Ωのインピーダンス整合
済み
を採用し、高速性と柔軟性を確保しています。
 柔軟性に富んだメモリシステム

12Gbit DDR3 メモリ(4G x3面)

256Kbit 不揮発性 RAM(MRAM:SPI)

256Mbit
高速シリアル ROM(クワッド I/O
SPI インタフェース互換)
ハードウエア仕様
4Gb DDR3
256M x16b
ConfigROM
256Mb
4Gb DDR3
256M x16b
SX-USB4
Ext. Conf
Ext. JTAG
<KX-Card7
72Mb SSRAM
2Mx36b 250MHz
Support PLD
JTAG
外観>
Serial Flash(PCM)
128Mb SPI Startix4GX
780pin
USB3.0
Micro B
Transceiver
Connector
Tx:8ch, Rx:8ch
USB3.0
Controller
特長
LEDs
8888
92
FPGA-PLL
(DipSW & TactSW)
FPGA I/O Connector
Single-end / Diff. signals

<ブロック図>
名刺2枚分の大きさなので、最終製品への組込
が可能



 USB
(miniBNC)
Clock IN
“Kintex7”搭載の小型基板
Clock OUT
 Xilinx-FPGA
1.
トランシーバ回路を内蔵した
FPGA 部
トランシーバ回路内蔵のザイリンクス社 Kintex7
XC7K160T-1FFG676Cを採用
デバイス XC7K160T-1FFG676C を標準搭載してい
ザイリンクス製ソフトCPUコア“MicroBlaze”
ます。LC 数
搭載可能
ブロック 600 個、CMT(PLL)8 個、トランシーバ回
専用コンフィギュレーションROM搭載
路 8 個の規模です。
USB 制御 IC(FX3)と 32bit のデータ、6 本の制
3.0(Super Speed)インタフェース搭載

実効データ転送レート:約350MB/s

デバイスドライバ、DLL、オープンソース・リ
162K 個、内蔵メモリ 11.7Mb, DSP
御線でインタフェースします.このとき 100MHz の
クロックに同期してデータ転送を行います。
FPGA 開発ツールは、無償の Vivado webpack が
ファレンス制御アプリ(C++/VB.net)標準添付
利用できます。
1
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2.
専用コンフィグ ROM
USB インタフェース
USB3.0(Super Speed)に準拠した USB 制御
USB を利用しない、または利用できない状況でも
IC(Cypress 社製 FX3 デバイス)を搭載していま
FPGA コンフィグができる様に、専用のコンフィグ
す. この制御 IC と FPGA が接続しています。
ROM (128Mb シリアル FlashROM)
FPGA には USB 制御 IC とのインタフェース回路
ます.開発が完了した時点や、PC 無しでデモを行う
が用意されているので、
購入後すぐに PC と USB を
ようなときに便利です。ボード上のディップスイッ
使った通信ができます。この USB インタフェース
チ設定により、あらかじめプログラムした 2 種類の
は Smart-USB Sigma システムコア(注 1)を採用し
コンフィグデータを切り換えて利用することもでき
ているので、高速なデータ転送が可能です。 USB
ます。
転送は以下の2種類をサポートしています。
また、FPGA コンフィグデータを暗号化(AES 256bit)
を搭載してい
• コントロール転送
し、悪意のあるリバースエンジニアリングから大切
• バルク転送
なデータを保護することができます。暗号化機能を
USB コントロール転送は、FPGA 内に構成したハ
3.能は、USB コンフィグにも対応しています.
ードウエア・レジスタなどへのアクセスに使用しま
JTAG ポートとコンフィグ ROM
す。 USB バルク転送は、大容量データを PC に転
送したり、PC からボードに転送するときに便利で
コンフィグ ROM にデータをプログラムする場合
す。バルク転送時の実データ転送レートは約
には、JTAG ポートを利用します.この場合、アルテ
350MByte/s(注 2)を実現しています。引き続き、
ラ製ダウンロードケーブルを利用してください。
機能向上を実施し、転送レートの向上を目指します。
注1)
USB システムコア:USB に必要な全てのデータをパッケ
ージ.
ユーザシステムにドロップインで利用できるシステム IP
このポートとダウンロードケーブルを使って、
ChipScope 機能を実現し、チップ内部の信号観測も
できます。
です.
注2)Intel Chipset
Z77 チップセット採用 PC での値です.ルネ
サス社製ホスト IC の場合は、性能が低下します.
4.
FPGA 外部メモリ
DDR3
3.
<計
12Gbit>
FPGA コンフィギュレーション
(MT41K512M8RH-125:E
USB コンフィギュレーション
FPGA からトリプルバッファリングができるように、
512M x 8bit
3 個)
USB 経由により、FPGA へのコンフィギュレーシ
独立バス仕様の3面構成です.FPGA 開発ツールに
ョンを瞬時に(約 0.03 秒以下)完了します。メーカ
付属する DDR3 制御 IP を利用してメモリ制御がで
ー純正のダウンロードケーブルでは開発ツールを起
きます.バスクロック周波数 666MHz、データレー
動させておかなければならず、JTAG 経由のため低速
ト 1.3GB/s です。
で時間がかかります。 KX-Card7 ボードでは添付の
リファレンス・アプリケーション起動時、自動的に
MRAM
FPGA コンフィグする機能があります(オートコン
(MR25H256CDC 32K x 8bit 3.3V 動作
フィグ機能)。 また、USB 経由のコンフィグを利
40MHz の速度でアクセスが可能な不揮発性シリア
用すると、複数の FPGA コンフィグデータを用意し、
ル SRAM を備えています。
その場の状況に応じて即座に FPGA を書き換えるこ
パラメータの格納、小規模データの一時的な保存等
とができます。
に便利です。
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<256Kbit>
SPI)
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シリアル ROM
高速コネクタ
(N25Q256A13EF840E
CN2
(基板ハンダ面、黄枠内)
3.3V 動作)
(QSH-060-01-L-D-A
256Mbit の ク ワ ッ ド I/O 対 応 SPI シ リ ア ル
samtec 社製コネクタ)
120 ピン高速コネクタ CN2 には、FPGA-IO ピン
FlashROM(NOR)です.大規模なデータの保存に
を 50 本と、トランシーバ回路専用チャネル
便利です。
Tx:8ch、Rx:8ch リファレンスクロック 2ch を収
容しています。
5.
ピンです。
外部接続用コネクタ
高速コネクタ CN1
(QSH-060-01-L-D-A
緑枠部分がトランシーバ部の I/O
(基板ハンダ面、青枠内)
samtec 社製コネクタ)
120 ピン高速コネクタ CN1 には、FPGA-IO ピン
<CN2 拡大>
を 100 本と、アナログ入力差動ピン 1ch(2 本)を収
容しています。
シングルエンド I/O 信号としては、50 本を 1.2V~
シングルエンド I/O 信号としては、1.2V~3.3V の
3.3V の LVTTL/LVCMOS で運用でき、パラレルデー
LVTTL/LVCMOS に 対 応 し 、 パ ラ レ ル デ ー タ を
タを 200MHz のクロックレートでインタフェースす
200MHz のクロックレートでインタフェースするこ
ることができます.この内、2 本の I/O は LED に接
とができます。
続しています。
これらの I/O ピンの内、96 本を LVDS として設定
これらの I/O ピンの内、48 本を LVDS として設定
することにより、最大 48ch の LVDS インタフェー
することにより、最大 24ch の LVDS インタフェー
スを構成できます。
スを構成できます。
LVDS イ ン タ フ ェ ー ス の 終 端 を す る に は 、
LVDS インタフェースの終端をするには、
FPGA-I/O 機能のオンチップ抵抗を利用できるので
FPGA-I/O 機能のオンチップ抵抗を利用できるので
外部抵抗は不要です。
外部抵抗は不要です。
また、CN1 のアナログ入力ピンを除いた全ての I/O
また、CN2 のアナログ入力ピンを除いた全ての I/O
電圧は共通です。CN2 の I/O ピンとは異なる電圧で
電圧は共通です。CN1 とは異なる I/O 電圧での運用
の運用が可能です。
が可能です。
このコネクタにかん合するコネクタは、samtec
社製 QTH-060 シリーズです。
6.
シリアルポート
RS232 仕様の Dsub9 ピン・シリアルポートです.
ソフト CPU などを実装した際のターミナル出力等に
利用できます。製品には変換コネクタを添付してい
るのでクロスケーブル、ストレートケーブルどちら
にも対応できます。
7.
表示器、スイッチ
FPGA の I/O に接続したチップタイプ LED を 8 個
用意しました。LED はスタティック点灯方式を採用
<KX-Card7 ハンダ面(枠内が高速コネクタ)>
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しています。 また、FPGA の I/O に直結した汎用
FAN 用電源コネクタ:
的に使用できる4極ディップスイッチ(ピンセット
ボードに給電する 5V がそのまま FPGA の冷却ファン用の
等先の細いもので On/Off できます)を1個とタク
コネクタに接続しています。
トスイッチ 1 個を装備しています。
ボード消費電流
8.
USB を接続した状態で FPGA コンフィグの場合;
高精度発振器
Typ. N/A
100MHz 水晶発振器:
mA
(PC から 200MHz 動作の SSRAM を RD/WR した場合)
USB 制御 IC と FPGA がインタフェースするときに
使用するクロック源です。
ソフトウエア仕様
(LVCMOS 2.5V 信号クロック源。
)
USB インタフェース概要
250MHz 水晶発振器:
~平均実効データ転送速度 350MByte/s ~
FPGA と DDR3 がインタフェースするときに使用す
るクロック源です。
(LVDS
KX-Card7ボードのUSB3.0 インタフェースは、購入し
2.5V 仕様のクロック源です.
)
たその日から利用できます.ボード専用のUSB ターゲッ
予備クロック搭載エリア①:
トデバイスドライバ、DLL、制御アプリケーションを製品
製品購入後、ユーザ任意の水晶発振器を搭載できる
に添付しています。この内、制御アプリケーションのみオ
予 備 エ リ ア で す . 3.2mm x 2.5mm サ イ ズ 、
ープンソース化しているので、VBやVC++(.net系)等を
3.3V/CMOS 仕様の発振器を実装できます。
利用し、カスタマイズが可能です。
また、USB プロトコルを意識させないでボードとのデー
予備クロック搭載エリア②:
タ通信が行える専用API を添付しているため、USB の専
製品購入後、ユーザ任意の水晶発振器を搭載できる
門知識がなくてもソフトウエア・プログラミング知識があ
予備エリアです.トランシーバ回路で利用できる
れば、どなたでもUSB 制御システムを構築できます。
LVDS クロック源(3.3V)を 2 箇所実装できます。
また、DDR3 等のメモリ用にも利用できる LVDS ク
製品添付ソフトウエア
ロック源を 2 カ所実装できます(例:エプソントヨ
1. USB ターゲット・デバイスドライバ
コム EG-2121CA)
。
2. DLL
(API 仕様書付き)
3. 制御アプリケーション
(オープンソース、C++、VB.net、C++Builder)
ボード仕様
基板サイズ
4. USB 制御ファームウエア
: 110 x 91(mm)
12 層
鉛フリー仕様
(ボード上のE2PROM に格納)
(名刺を 2 枚並べた大きさと同じです)
動作環境
電源電圧
:
単一
5.0V (±5%) 給電
Windows 7 / 8
2 極端子台または DC ジャックから給電できます。
32bit/64bit に対応
USB3.0(Super speed)が動作するインタフェースを装
備していること
※高速な転送レートを得るには、USB3.0ネイティブ環境
4
Smart-USB Sigma 製品ファミリ
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が必須です(PCチップセット内にUSB3.0ホスト機能が含
Card-UNIV4仕様
まれていること)。ルネサス社製USB3.0ホスト制御ICに
コネクタ CN1、
CN2 をそれぞれ 30 ピン MIL コネクタ 4
よりUSB3.0機能を実現しているPCでは、性能が低下しま
個に変換します。
す。
CN2 には FPGA のトランシーバ回路 I/O を収容していま
す。これらのピンを SMA コネクタと極小同軸コネクタに
製品モデル構成
変換(全 ch 50Ω)します。
送信側 8ch:SMA
製品発注コード
KX-Card7/16F1
(XC7K160T-1FFG676C搭載)
UMC 6ch
3ch(内、1ch はクロック専用) UMC 6ch
SMA コネクタでは Max.6.4Gbps、
UMC では Max.4Gbps
添付品
 USB3.0対応 ケーブル(MicroB-A)
です。
1 本
 USB デバイスドライバ、DLL、API 仕様書、ボード回
型番:Card-UNIV5
路図、USB ファームウエア(オンボード)、USB イン
価格:\20,000(税別価格)
タフェース部タイミングチャート、フローチャート等の
データを収録したCD-ROM
 専用シリアルポート
 ACアダプタ
受信側 8ch:SMA
2ch、
1枚
変換ケーブル
お問い合わせ
1本
<5V 3A> 1個
開発製造販売元
有限会社プライムシステムズ
KX-Card7ボードはすべて鉛フリー仕様で国内製造して
TEL:0266-70-1171
います.ボード上のハンダによるショートパターンなどを
FAX:0266-70-1172
E-mail: info@prime-sys.co.jp
変更する際には、鉛フリー対応の機器をご使用ください.
URL
http://www.prime-sys.co.jp
技術サポート URL
KX-Card7ボードには、XC7K160T-1FBG676C、
XC7K70T-1FBG676C、XC7K320T-1FFG676C等を搭載
することもできます.
それぞれ、受注生産になるので、詳細はお問い合わせくだ
さい.
オプション
ユーザ I/O コネクタを変換するオプションボード
『Card-UNIV4』を用意しています。KX-Card7 に接続す
ることで、120pin のメザニンコネクタを 30 ピン
(2.54mm ピッチ)コネクタと SMA,極小同軸コネクタ
(UMC)に変換できます。
5
http://www.smartusb.info