Ultra96 開發紀錄: 硬體認識

最後更新 2020-09-03 | 分類於 Ultra96 開發紀錄

Ultra96 開發紀錄: 開箱文一文中筆者紀錄了如何購買 Ultra96 開發板，在這邊文章中我們則是來看看 Ultra96 rev1 的版本，到底有哪些硬體與週邊。

Ultra96 有分 v1 與 v2 兩個版本， 本文使用的是 Ultra96v1 的硬體 ，不過請注意 Ultra96v1 已經被宣告 EOL 了

但是就算被宣告 EOL (End-of-Life) 了，因為我也只有這塊板子，所以會以 Ultra96v1 為主來寫文章

開發板概觀

首先先來看看這片開發板的外觀與有哪些週邊

和其他的 FPGA 開發板相比，這片板子由於只有無線網路功能，因此如果要連網的話就需要走 Wi-Fi ，使用起來會相對麻煩。

除此之外，由於沒有內建 JTAG 的功能，因此如果你目標是將這塊板子用於 FPGA 開發的話，你可能最好多買專用的 JTAG 轉接板。

方塊圖

大概知道外觀與 I/O 後，就來看看系統的方塊圖吧

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UltraZed-EG

在 Ultra96 上核心的晶片為 Xilinx UltraScale+ MPSoC 系列的 Zynq UltraScale+ EG (XCZU3EG) ，這一系列不同版本的晶片差異如下:

可以看到 Zynq UltraScale+ EG (XCZU3EG) 雖然缺少了 H.264/H.265 的硬體解碼器，但是也是具有 Mali-400 MP2 GPU 的設備，也就是說我們手上這片要跑 Android 也是可行的。

此外，因為 Zynq UltraScale+ EG 除了是 FPGA 外，同時內建了 Cortex-A53 以及 Cortex-R5 兩種用於不同工作的處理器，我們可以透過 OpenAMP 框架來達到讓 Cortex-A53 上的 Linux 和 Cortex-R5 上的 RTOS 進行通訊以及交換資料的效果，這樣除了 FPGA 可以用於處理即時性的工作外， Cortex-R5 也可以幫忙處理類似的工作。

記憶體 (LPDDR4)

Ultra96 具有 4GB 大小的記憶體，根據 Ultra96 Hardware User Guide 上的資料來看，目前在 Ultra96 rev1 上用過以下兩種記憶體元件:

低速擴充腳位

低速擴充腳位 (Low Speed Expansion Connector) 大部分依照 96board 規範，將對應的 I/O 拉了出來，有些 I/O 則是你可以透過 FPGA 來進行控制。

值得注意的是，這邊的插孔的寬度是 2.0mm ，和我們常用的 2.54mm 杜邦線 寬度不同，因此也可能你會需要買 2.0mm 轉 2.54mm 的擴充板 來進行接線，或是購買 Mezzanine 來進行擴充 (要先確認相容性呦~)

在表上的 HD_GPIO (High-density I/O) 位於可程式邏輯區 (Programmable Logic, PL) 上，我們可以透過 FPGA 對其進行操控，電壓可設定範圍為 1.2V ~ 3.3V (預設為 1.8V)

而其他和處理器系統 (Processing System, PS) 相關的 I/O，預設則是被設定在 1.8V 上

低速擴充腳位位置

低速擴充腳位對應表

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高速擴充腳位

高速擴充腳位 (High Speed Expansion Connector) 則是使用 FCI 61082-061409LF 這個 60pin x 0.8mm 的插槽，

要注意的事情是，高速擴充腳位這邊除了 I²C2 、 I²C3 和 SD 這幾個界面外，其他都是用位於可程式邏輯區 (Programmable Logic, PL) 上的 HP_GPIO (High Performance GPIO) 替代，也就是說，需要自行透過 FPGA 去定義這些接腳的功能。

HP_GPIO 電壓可設定範圍則是 1.0V ~ 1.8V

高速擴充腳位位置

高速擴充腳位對應表

MicroSD 卡座

MicroSD 的部份採用 SCHA4B0419 這個卡座，並搭配 MAX13035E 來將輸入的 3.3V SD 卡訊號轉換成 1.8V 位準的訊號，這邊之所以要進行電壓的轉換主要是因為 Ultra96v1 的 MIO 皆是被設定在 1.8V 的狀態

位置

MicroSD 電路圖

MIO 對應表

WiFi/Bluetooth

WiFi/Bluetooth 的部份採用德州儀器 (TI) 的 WL1831MODGBMOCR 模組來使用，SoC 上的 UART0 連接到 Bluetooth 進行控制，而 WiFI 則是透過 SDIO 的界面和系統溝通

位置

WiFi/Bluetooth 電路圖

MIO 對應表

除了上面的 MIO 對應外，要控制好 Bluetooth 還需要一些位於可程式邏輯端 (Programmable Logic, PL) 的設定才行，根據 Constraints 的資訊，有以下這些設定和 Bluetooth 有關，因此在設定這塊板子的時候要注意一下

# ----------------------------------------------------------------------------
# Bluetooth
# ----------------------------------------------------------------------------
# Bank 26
set_property PACKAGE_PIN C8   [get_ports {BT_AUD_CLK              }];  # "C8.BT_AUD_CLK"
set_property PACKAGE_PIN A8   [get_ports {BT_AUD_FSYNC            }];  # "A8.BT_AUD_FSYNC"
set_property PACKAGE_PIN A9   [get_ports {BT_AUD_IN               }];  # "A9.BT_AUD_IN"
set_property PACKAGE_PIN B9   [get_ports {BT_AUD_OUT              }];  # "B9.BT_AUD_OUT"
set_property PACKAGE_PIN B5   [get_ports {BT_HCI_CTS              }];  # "B5.BT_HCI_CTS"
set_property PACKAGE_PIN B7   [get_ports {BT_HCI_RTS              }];  # "B7.BT_HCI_RTS"