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Papilio Duo: 100-Dollar-Power-Arduino mit FPGA

Der neue Papilio Duo bringt eine Fülle von Verbesserungen gegenüber seinen Vorgängern. Herausragend ist die Möglichkeit, den FPGA über grafische Symbole intuitiv zu programmieren.

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Jack Gasset von Gadgetfactory ist der Entwickler der beliebten Papilio-FPGA-Einsteigerboards. Die neue Entwicklerplatine Papilio Duo kombiniert den vom Arduino Leonardo bekannten ATmega32U4 mit einem Xilinx Spartan-6-FPGA. So eine Kombination von Mikrocontroller (MCU) und FPGA ist gängige Praxis, für die Programmierung hat sich der Entwickler allerdings einen besonderen Trick ausgedacht: Man schreibt den Arduino-Sketch wie gewohnt in C++, verbindet ihn in der angepassten IDE dann aber mit einer Schaltung für den FPGA. Die Schaltung, eine grafische Repräsentation des FPGAs, zeichnet man dafür in der Software.

Der Programmierer umgeht somit die komplizierte hardware-nahe Programmierung in VHDL oder Verilog, was den Papilio Due besonders für Bastler mit gutem elektrotechnischem Grundwissen und wenig Programmiererfahrung interessant macht. Die aufgebohrte Arduino-IDE enthält zudem einen Logic Analyzer mit bis zu 32 Kanäle und 200 MHz Taktrate, damit die Vorgänge auf dem Board jederzeit nachvollziehbar sind und das Debugging der Hardware erleichtert, ein zusätzliches JTAG-Programmiergerät ist dafür nicht notwendig.

Auf der Platinenunterseite des Papilio Duo befindet sich der vom Arduino Leonardo bekannte Atmel AVR-Chip.

Der Papilio Duo eignet sich deshalb auch für den Nachbau alter Hardware, eine Beispielseite auf Gadget Factory beschreibt den Bau eines Commodore-64-SID Audio-Players. Interessant ist ebenfalls der geplante VGA-Adapter für den Gameduino. Natürlich ist der Papilio Duo mit einem entsprechenden Modul auf dem FPGA-Chip wie seine Vorgänger auch als besonders leistungsstarker Arduino-Clone mit knapp 100 MHz und 32-Bit Prozessor einsetzbar. Er erlaubt durch seinen Wishbone-Bus eine größere Flexibilität beim Anschluss zusätzlicher Peripherie, indem er bei Bedarf UART-, SPI-Bus und Pulsweitenmodulation über GPIOs bereitstellt. Laut Entwickler lassen sich dann bis zu zehn serielle Ports (UART) verwenden.

Neben herkömmlichen Arduino-Shields lassen sich auch eine Vielzahl weiterer Zusatzplatinen an den Papilio anschliessen.


Anders als der Name vermuten lässt, ist der Papilio Duo bereits die dritte Generation. Ursprünglich ist der Papilio ein FPGA-Entwicklerboard mit Arduino-Shield-kompatibler Schnittstelle. Neben den klassischen Shields sind auch nun die im FPGA-Bereich weit verbreiteten PMOD-Module kompatibel. Daneben besitzt der Papilio eigene Erweiterungen, die der Hersteller als Wings bezeichnet. Diese erlauben umfangreiche Aufbauten, etwa mit einem Arduino-Shield und fünf Wings.

Das Board besitzt einen Spartan-6-LX9-FPGA vom Hersteller Xilinx, zudem den Atmel ATmega32U4 und eine USB-2.0-Schnittstelle. Die Basisversion verfügt über 512 KByte SRAM und 64 MBit SPI-Flash. 54 GPIOs stehen dem Anwender über eine Arduino-Mega-kompatible Schnittstelle zur Verfügung, davon sind 17 auch mit dem ATmega32U4 verbunden. Anstatt SDRAM verwendet der Uno nun SRAM, welches über bessere Eigenschaften verfügt und ambitionierten Bastlern die Erweiterung des Boards mit Zusatzplatinen erleichtert.

Das Kickstarter-Produktvideo demonstriert den FPGA-Schaltungsaufbau mit der erweiterten Arduino-IDE.

Außerdem wurde der Papilio Duo an die HappyJtag2-Software angepasst und kann bei Bedarf
einen Atmel JTAG ICE-MKII-Debugger emulieren. Die bereits mit den Vorgängerversionen entwickelten Boards sind ebenfalls vergünstigt mitbestellbar. Das Papilio Duo ist quelloffen, der Schaltungsaufbau ist über ein GitHub-Repository einsehbar. Die Software ist später dann auf Gadgetfactory zu finden.

Die Programmierung des FPGAs kann mittels grafischer Symbole in einer angepassten Arduino-IDE erfolgen.

In der Maker-Szene ist Gasset ein alter Hase. Für den Openbench Logic Sniffer arbeitete er zusammen mit Ian Lesnet von Dangerous Prototypes. Neben seiner Arbeit am Papilio-Board konnte Gasset bereits ein Crowdfunding-Projekt namens Retrocade Synth erfolgreich abschließen.

Das Papilio Duo ist auf Kickstarter finanzierbar. Es kostet mit 512 KByte SRAM 98 US-Dollar und mit 2 MByte SDRAM 135 US-Dollar inklusive Versandkosten. Zudem können spielebegeisterte Tüftler für weitere 34 US-Dollar das "Classic-Computing-Shield" mitbestellen. Für 40 US-Dollar gibt es das Wing-Pack mit fünf Zusatzplatinen unter anderem für die Unterstützung von SD-Karten und VGA-Schnittstelle. (ogo)