Arduino mkr vidor 4000

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No hace mucho tiempo, recordarás la primera vez que oíste hablar de una placa FPGA basada en Arduino.  Como casi todo el mundo, sin duda tuviste una reacción mixta ante esta noticia. Levantaste la ceja derecha con entusiasmo ante las gloriosas visiones conjuradas por la abreviatura FPGA. Este circuito integrado sigue siendo mítico para muchos, también en la historia de Elektor: ya en 2006, Elektor publicó en sus columnas un curso sobre FPGAs que sigue fresco en la memoria de muchos lectores. Al mismo tiempo, sin embargo, tu ceja izquierda se fruncía, torcida ante la agónica perspectiva de interminables horas de obstinado repiqueteo frente a la pantalla, Sí, las FPGAs son como un rodeo. ¡Lo conseguirás, siempre y cuando puedas mantenerte en la silla de montar hasta el final!
La nueva placa Arduino MKR VIDOR 4000 está disponible en la tienda Elektor desde hace algún tiempo. Con una FPGA Intel 10CL016. Eso son 16.000 elementos lógicos más algunos multiplicadores integrados de procesamiento de señales especializadas (léase: audio y vídeo). La placa, de 83 x 25 mm (3,3 x 1 pulgadas), está llena como un huevo. Además de los GPIO estándar, hay conectores HDMI, USB, JST y MIPI (cámara). Y no olvidemos el microcontrolador ARM ATSAMD21 de 32 bits.

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Este artículo discute cómo el código de usuario puede ser cargado a ambos, la MCU y la FPGA, del Arduino MKR Vidor 4000. Hace algún tiempo, escribí este resumen del tema que, sin embargo, no incluía un tutorial fácil de seguir. En su lugar, era más bien un resumen dirigido a usuarios más experimentados. Sin embargo, hoy he intentado recrear los pasos, y me he dado cuenta de que el artículo original no era tan sencillo de seguir para los principiantes como me hubiera gustado.
Aunque no es necesario, te recomiendo que eches un vistazo a los artículos originales. Son un buen resumen, y el primero cubre los fundamentos del Quartus IDE. Sin embargo, no instales ni descargues nada todavía. Algunas cosas han cambiado desde que los escribí, y las cubriré aquí.
Observe que he seleccionado la versión 18.1. ¡Esto es importante! Por alguna razón, la versión más nueva del IDE (20.1) no quiso compilar el proyecto desde GitHub, incluso con varias soluciones aplicadas. En mi caso, ni siquiera funcionó con los ejemplos oficiales de inicio de Intel de su sitio web:

12:54arduino vidor 4000 parte 2 fpga como driver hdmilearnelectronicsyoutube – 8 jun 2019

El chip principal de la placa es el Intel® Cyclone® 10CL016; contiene 16K elementos lógicos, 504 KB de RAM integrada y 56 multiplicadores HW de 18×18 bits para operaciones DSP de alta velocidad. Cada pin puede alternar a más de 150 MHz y puede configurarse para funciones como UART, (Q)SPI, PWM de alta resolución/alta frecuencia, codificador de cuadratura, I2C, I2S, DAC Sigma Delta, etc.
La placa viene con 8 MB de SRAM para soportar las operaciones de la FPGA en vídeo y audio. El código de la FPGA se almacena en un chip QSPI Flash de 2 MB, de los cuales 1 MB se asigna a las aplicaciones del usuario. Es posible realizar operaciones DSP de alta velocidad para el procesamiento de audio y vídeo. Por ello, la Vidor incluye un conector Micro HDMI para la salida de audio y vídeo, y un conector de cámara MIPI para la entrada de vídeo. Todos los pines de la placa son manejados tanto por SAMD21 como por FPGA, respetando el formato de la familia MKR. Por último, hay un conector Mini PCI Express con hasta 25 pines programables por el usuario, que puede utilizarse para conectar tu FPGA como periférico a un ordenador o para crear tus propias interfaces PCI.

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Como muchos diseñadores descubren tarde o temprano, el firmware que se ejecuta en un microcontrolador o microprocesador puede resultar demasiado lento. Aquí es donde las matrices de puertas programables en campo (FPGAs) proporcionan una forma programable de resolver problemas de diseño embebido de alta velocidad y en tiempo real a velocidades de hardware. Sin embargo, para sacar el máximo partido a una FPGA ha sido necesario embarcarse en una curva de aprendizaje de la tecnología que muchos diseñadores no pueden permitirse debido a la presión de los costes y los plazos.
La curva de aprendizaje de las FPGA suele implicar el aprendizaje de nuevos lenguajes de programación (Verilog o VHDL), la descarga de grandes paquetes de herramientas de desarrollo, el aprendizaje de todo un nuevo flujo de desarrollo de herramientas para generar flujos de bits de FPGA y, posiblemente, el gasto de una cantidad significativa de dinero (quizás cientos o miles de dólares) para una placa de desarrollo de FPGA. Debido a estos obstáculos, muchos ingenieros de diseño evitan utilizar las FPGAs, a pesar de que son una herramienta extremadamente útil en la caja de herramientas de diseño embebido.
Varios proveedores han intentado reducir las barreras para el uso de FPGA ofreciendo placas FPGA de iniciación, pero la necesidad de aprender nuevos lenguajes de descripción de hardware y herramientas de desarrollo sigue representando un umbral de barrera elevado que ha impedido una adopción más amplia de las FPGA. El último esfuerzo por derribar estas barreras, realizado por Arduino, consiste en una nueva placa de desarrollo de bajo coste llamada Arduino MKR Vidor 4000, que representa un enfoque único para el uso de FPGAs en diseños de sistemas embebidos.

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