BeagleBone en Raspberry Pi krijgen FPGA-add-ons

Op de Maker Faire in New York City toonde ValentFX twee open source FPGA-borden die stapelbaar zijn met BeagleBone en Raspberry Pi SBC's, en onthulde ook BBot, een op BeagleBone gebaseerde robot voor het serveren van drankjes, gebouwd met een eerdere FPGA-bordversie. De FPGA-add-onboards gebruiken Xilinx Spartan 6 LX9 FPGA's, bieden Arduino- en PMOD-uitbreidingen en worden ondersteund met open source Linux-code voor de twee ARM SBC's.

Op de Maker Faire van vorig jaar in New York, ValentFX onthulde zijn eerste Logi-bord, de toen alfa-stage Logi-Mark1, met Arduino-schilduitbreiding en integratie met de BeagleBone en Raspberry Pi SBC's. Afgelopen weekend op Maker Faire New York 2013 toonde het bedrijf de volledig gebakken Mark1 en debuteerde het met twee nieuwe generatie boards:Logi-Bone voor de BeagleBone Black en Logi-Pi voor de Raspberry Pi. ValentFX toonde ook zijn BBot-robotreferentieontwerp, gebaseerd op de Logi-Mark1 (zie verder hieronder).

Geen van de borden is nog beschikbaar voor consumentenverkoop, maar schema's, handleidingen en code voor de zich nog ontwikkelende ontwerpen zijn gepost. Op de Faire vertelde ValentFX-oprichter Michael Jones aan LinuxGizmos dat ze met distributeurs praten en overwegen om binnen een paar maanden een Kickstarter-campagne te lanceren.

Er is open source-code gepost voor de Logi-Kernel Linux-patch en het Logi Loader Linux-programma dat communiceert vanaf de BeagleBone- en Pi-boards en de Logi-boards. Er is ook een appstore-programma dat op dezelfde manier is geoptimaliseerd voor elke ARM SBC, waardoor applicaties eenvoudig kunnen worden gedownload. Daarnaast is er HDL-code (hardware description language) voor de Xilinx Spartan 6 LX9 FPGA beschikbaar gemaakt, samen met tutorials om aan de slag te gaan met HDL-programmering.

De Spartan-6-familie bevindt zich aan de onderkant van de Xilinx-familie van veldprogrammeerbare poortarrays (FPGA's). Daarentegen gebruikt Xilinx' eigen hybride ARM/FPGA Zynq system-on-chip, die is verschenen in tal van Linux-ready modules en boards zoals de Parallella en Avnet's ZedBoard, de krachtigere Artix-7. De Zynq biedt ook dual-core Cortex-A9 ARM-processors, en net als de vergelijkbare op Cortex-A9 gebaseerde Altera Cyclone V, te vinden in Arrow's Sockit Development Kit, biedt het een snelle AXI4-verbinding tussen de ARM- en FPGA-subsystemen.

Jones geeft toe dat de GPMC- en I2C-verbindingen tussen de Logi-borden en hun ARM-tegenhangers veel langzamer zijn. Bovendien bieden de compatibele ARM-kaarten langzamere Cortex-A8-processors met de 1GHz Cortex-A8 TI Sitara AM3359 SoC op de BeagleBone Black en de 700MHz ARM11 Broadcom BCM2835-processor op de Raspberry Pi. De Logi-Bone kan ook worden aangesloten op de originele BeagleBone White, maar is er niet voor geoptimaliseerd.

Hoewel de Zynq enige Linux-controle over de FPGA mogelijk maakt, en op een manier die veel gemakkelijker is dan het hacken van FPGA's via HDL, is het een stuk moeilijker om voor te ontwikkelen dan de Logi-borden, beweert Jones. Hoewel de prijs nog niet is aangekondigd, zullen de Logi-borden ook minder duur zijn dan op Zynq gebaseerde borden, zegt hij, vooral als je al een BeagleBone of Raspberry Pi bezit.

Toepassingen die al door ValentFX zijn ontwikkeld, zijn onder meer een bitcoin-mijnwerker, een machine vision-app en autonome voertuig- en robotcontrollers. Een andere mogelijke toepassing is SDR (Software Defined Radio), zegt Jones.

Er worden stuurprogramma's geleverd voor het programmeren en communiceren met de FPGA vanuit de ARM Linux-omgeving. Van API's en Wrappers wordt gezegd dat ze gemakkelijke toegang bieden tot de aangepaste hardware-randapparatuur van de FPGA met behulp van de wishbone-bus. Ontwikkelaars kunnen zowel C/C++ als Python gebruiken.

De Logi-Bone en Logi-Pi lijken erg op elkaar, beide modellen hebben 256 MB RAM. Het belangrijkste verschil zit in hun voor het bord geoptimaliseerde code en hun onderlinge verbindingen met het FPGA-subsysteem. Beide gebruiken I2C- en SPI-signalen om tussen boards te communiceren, maar de Logi-Bone is ook sterk afhankelijk van GPMC. De Logi-Pi biedt in plaats daarvan extra UART- en GPIO/PRGM-verbindingen.

Arduino Shields kunnen worden aangesloten via de gemeenschappelijke Arduino x1-interface, waarvan wordt gezegd dat deze compatibel is met meer dan 200 Arduino Due-compatibele Shields. Er is een optie beschikbaar om enkele van de signalen die worden gebruikt om de FPGA- en ARM-systemen rechtstreeks met de Arduino-header te verbinden, te delen.

Bovendien kunnen tot 59 PMOD-compatibele randapparatuur worden aangesloten via vier Digilant PMOD-uitbreidingspoorten. ValentFX heeft al twee PMOD-compatibele modules ontworpen die zijn geoptimaliseerd voor het apparaat:een Logi-Cam en een Logi-Edu-module.

Displays worden ondersteund via 10 op lengte afgestemde LVDS-paren en opslag wordt afgehandeld met een SATA-poort. Drukknoppen en DIP-schakelaars worden ook meegeleverd. Ongeveer 32 FPGA I/O-signalen zijn toegankelijk via de Arduino- en PMOD-uitbreidingspoorten.

Voor meer details: BeagleBone en Raspberry Pi krijgen FPGA-add-ons