CRUVI FPGA Card

Die CRUVI FPGA Card ist ein speziell auf die Bedürfnisse von FPGAs ausgerichteter Tochterkartenstandard.

Hintergrund

Diese Erweiterungsbusschnittstelle wurde entwickelt, um ein offenes System von Funktionsmodulen für eine hochleistungsfähige Peripherieverbindung zu schaffen. Der Hauptfokus liegt auf der Unterstützung von FPGA- und FPGA SoC-Geräten aller führenden Hersteller wie Altera, Lattice Semiconductor Corporation, Microchip Technology und Xilinx.

Das Wort CRUVI ist eine Kombination aus dem estnischen Wort „KRUVI“ für Schraube und dem Buchstaben „C“, der sich auf die Hälfte des sechseckigen Schraubenkopfes bezieht. In diesem Fall wurde das „K“ durch ein „C“ ersetzt, um den Bezug zum Schraubenkopf zu betonen. Alle Module werden mit M2-Schrauben mit einem Durchmesser von 2 mm mechanisch fixiert.

CRUVI kann verwendet werden, um benutzerdefinierte Hochleistungsprototypen zu erstellen, für Systemintegration und Tests, um komplexe Systeme aus kleineren Bausteinen schnell zu entwickeln und Kosten zu senken. Es dient als Plattform für Hochleistungs-Halbleiterevaluierungsplatinen und -systeme.

Das Träger Modul liefert die Stromversorgung, die Eingabe/Ausgabe Spannung und steuert die Funktionen der Peripherie Module.

Der CRUVI-Standard existiert sowohl für Geräte mit niedriger Datenübertragungsrate und geringer Pin-Anzahl wie Pmod Schnittstelle, als auch für Hochleistungsgeräte mit hoher Pin-Anzahl HPC, 400 I/O FPGA Mezzanine Card (FMC)-Peripheriegeräte.

Drei Board-to-Board-Steckverbinder sind spezifiziert: CRUVI-LS (Low Speed), CRUVI-HS (High Speed) und CRUVI-GT (Gigabit Transceiver) PCIe Gen 5.0-fähig.

Verschiedene Adapter Module konvertieren Signale von Pmod zu CRUVI-LS (CR00025), von FMC zu CRUVI-HS (CR00101, CR00111) und von FMC zu CRUVI-GT (CR00112).

Geschichte

Internationale Mitwirkende zur Definition der Open Source CRUVI-Spezifikation sind Trenz Electronic GmbH, Arrow Electronics, Samtec, Flinders University, Synaptic Laboratories Ltd, Symbiotic EDA und MicroFPGA UG.

Geschichte der CRUVI Open Source Spezifikation – zur kostenfreien Nutzung unter der Apache-Lizenz 2.0.

Jahr	Version	Beschreibung	Referenz
2021	1.0.7 -alpha	erste Freigabe
2024	2.0.1 -alpha	neu: CRUVI-GT (Gigabit Transceiver)	^[1]

Aufbau und Beschreibung der Träger Module

Einzelne, doppelte oder dreifache Träger Module sind möglich. Diese haben mehrere Befestigungslöcher.

Ein Trägermodul mit drei Steckplätzen hat die Maaße 67,72 × 57,5 mm². Die Befestigungslöcher (1 bis 6) für M2-Schrauben haben einen Durchmesser von 2,2 mm und benötigen SMD-Abstandshalter zur mechanischen Fixierung. Die PCB-Vorlage CR99201 hat LS- und HS-Anschlüsse mit den Namen: AX, BY und CZ. Die PCB-Vorlage CR99500^[2] hat LS-, HS- und GT-Anschlüsse.

CRUVI Träger Module
AXE5-EAGLE Entwicklungskit mit Altera Agilex 5 E SoC FPGA und mit HS LS CRUVI Steckplätzen
Trägermodul für Altera Stratix 10 SX FPGA SoC SOM mit HS LS CRUVI Steckplätzen
Trägermodul mit Altera Cyclone10 LP FPGA und mit HS LS CRUVI Steckplätzen

einfach, zweifach und dreifach Träger Module
Trägermodul mit Altera MAX 10 FPGA
PCB-Vorlage CR99201
Trägermodul mit Altera Cyclone V FPGA
Maaße der PCB-Vorlage CR99500
PCB-Vorlage CR99500
Trägermodul Ansicht von oben

Es wird empfohlen, dass alle FPGA-Hostplatinen mit CRUVI-Steckplätzen LiteX-Plattform-Supportdateien bereitstellen.^[3]

Aufbau und Beschreibung der Peripherie Module

Es gibt verschiedene Peripheriemodule, die flexibel und skalierbar in Größe und mit LS-, HS- und GT-Anschlüssen möglich sind. Die Befestigungslöcher sind für M2-Schrauben mit einem Durchmesser von 2,2 mm vorgesehen.

Steckverbinder, Pin und Signal Beschreibung

CRUVI Steckverbinder Spezifikation
	LS Low Speed	HS High Speed	GT Gigabit Transceiver
Träger Module Steckverbinder	CLT-106-02-F-D-A-K	SS4-30-3.50-L-D-K	ADF6-20-03.5-L-4-2
3D STEP Model
Peripherie Steckverbinder	TMMH-106-04-F-DV-A-M	ST4-30-1.50-L-D-P	ADM6-20-01.5-L-4-2
3D STEP Model
Pin Anzahl	12 (6 je Reihe)	60 (30 je Reihe)	80 (20 je Reihe)
Pin Abstand [mm]	2	0.4	0.635
gesteckte Höhe [mm]	4.78 bis 5.29	5
Geschwindigkeit [GHz] / [Gbps]	5.5 / 11	13.5 / 27 (single ended) 15.5 / 31 (differentielle)	32
Single ended I/O pins (VCCIO)	8	37 (28 einstellbar) + (9 fix 3.3V)	8 + I²C
max. differential I/O	no	max. 12 LVDS	max. 4 lanes + REFCLK
Stromversorgung	einstellbar, 3.3V, 5V
Stromstärke je Pin [A]	4.1 (2-Pin)	1.6 (2-Pin)	1.34 (4-Pin)
max. Temperatur Bereich [°C]	−55 bis 125

CRUVI-LS Low Speed Pin und Signal Beschreibung

Pin und Signal Beschreibung für CRUVI-LS Low Speed
Pin	Bezeichnung	Signal	Pin	Bezeichnung	Signal
1	SDA	I2C(SDA), SMBUS(SDA)	7	D1	UART(RXD1), SD(D1), SPI(MISO), QSPI(D1), JTAG(TDI)
2	SCL	I2C(SCL), SMBUS(SCL)	8	CLK	UART(RTS), SD(CLK), SPI(CLK), QSPI(CLK), JTAG(TCK)
3	D3	UART(RST), SD(TXD0), QSPI(D3), JTAG(nRST)	9	D0	UART(TXD1), SD(D0), SPI(MOSI), QSPI(D0) JTAG(TDO)
4	SEL	UART(CTS), SD(CMD), SPI(SEL), QSPI(SEL), JTAG(TMS)	10	VCC	Power 3.3V
5	D2	SMBUS(INT), UART(RXD0), SD(D2), QSPI(D2), JTAG(RFU)	11	RFU	noch nicht definiert
6	GND	Ground	12	VBUS	Power 5V

CRUVI-HS High Speed Pin und Signal Beschreibung

Pin und Signal Beschreibung für CRUVI-HS High Speed
Pin	Bezeichnung	Notiz	Pin	Bezeichnung	Notiz	Pin	Bezeichnung	Notiz	Pin	Bezeichnung	Notiz
1	RFU1		16	A0_N	LVDS	31	GND	Ground	46	A5_N	LVDS
2	HSIO		17	B0_N	LVDS	32	A3_P		47	B5_N	LVDS
3	ALERT/IRQ		18	GND	Ground	33	B3_P	LVDS	48	GND	Ground
4	VCC	3,3V	19	GND	Ground	34	A3_N		49	GND	Ground
5	SDA		20	A1_P	LVDS	35	B3_N	LVDS	50	RFU2_P
6	HSO		21	B1_P	LVDS	36	VADJ	1.2 to 3.3V	51	DI/TDI	JTAG, SPI(MISO)
7	SCL		22	A1_N	LVDS	37	GND	Ground	52	RFU2_N
8	HSRST		23	B1_N	LVDS	38	A4_P	LVDS	53	DO/TDO	JTAG, SPI(MOSI)
9	VCC	3.3V	24	GND	Ground	39	B4_P	LVDS	54	GND	Ground
10	HSI		25	GND	Ground	40	A4_N	LVDS	55	SEL/TMS	JTAG, SPI(SEL)
11	REFCLK		26	A2_P		41	B4_N	LVDS	56	RFU_P
12	GND	Ground	27	B2_P	LVDS	42	GND	Ground	57	MODE	JTAG EN
13	GND	Ground	28	A2_N		43	GND	Ground	58	RFU_N
14	A0_P	LVDS	29	B2_N	LVDS	44	A5_P	LVDS	59	SCK/TCK	JTAG, SPI(CLK)
15	B0_P	LVDS	30	GND	Ground	45	B5_P	LVDS	60	VBUS	5V

CRUVI-GT Gigabit Transceiver Pin und Signal Beschreibung

Transceiver Pin und Signal Beschreibung für CRUVI-GT Gigabit
Pin	Bezeichnung	Notiz	Pin	Bezeichnung	Notiz	Pin	Bezeichnung	Notiz	Pin	Bezeichnung	Notiz
A1	GND	Ground	B1	TCK	JTAG	C1	TDI	JTAG	D1	GND	Ground
A2	TX3_N		B2	TMS	JTAG	C2	TDO	JTAG	D2	RX3_N
A3	TX3_P		B3			C3			D3	RX3_P
A4	GND	Ground	B4			C4			D4	GND	Ground
A5	TX2_N		B5			C5			D5	RX2_N
A6	TX2_P		B6			C6	D1_N		D6	RX2_P
A7	GND	Ground	B7			C7	D1_P		D7	GND	Ground
A8			B8			C8			D8	CLK0_N	CLK
A9			B9			C9			D9	CLK0_P	CLK
A10			B10	VADJ	1.2 to 3.3V	C10	VCC_5V	5V	D10	GND	Ground
A11			B11	VCC_3.3V	3.3V	C11	VCC_12V	12V	D11	GND	Ground
A12			B12			C12			D12	GBTCLK0_N	CLK
A13			B13			C13			D13	GBTCLK0_P	CLK
A14	GND	Ground	B14			C14	D0_N		D14	GND	Ground
A15	TX1_N		B15			C15	D0_P		D15	RX1_N
A16	TX1_P		B16	S4_LS	AUX IO	C16	S7_LS	AUX IO	D16	RX1_P
A17	GND	Ground	B17	S5_LS	AUX IO	C17	S6_LS	AUX IO	D17	GND	Ground
A18	TX0_N		B18	S0_LS	AUX IO	C18	S3_LS	AUX IO	D18	RX0_N
A19	TX0_P		B19	S1_LS	AUX IO	C19	S2_LS	AUX IO	D19	RX0_P
A20	GND	Ground	B20	SDA_LS	SMBus	C20	SCL_LS	SMBUs	D20	GND	Ground

Vorlagen der Peripherie Module

Es sind verschiedene Einzelperipheriemodule möglich, flexibel und skalierbar durch LS-, HS- und GT-Stecker. Die Befestigungslöcher sind für M2-Schrauben mit 2,2 mm Durchmesser.

Es wird empfohlen, EEPROM mit I2C Schnittstelle zur Identifizierung des Peripheriemodules mit einer bestimmten Adressnummer zu verwenden.

CRUVI Peripherie Module
L x H [mm²]	Geschwindigkeit	PCB Vorlage^[2]	Bemerkung
14 x 14	LS	CR99001	mit Identifikations-EEPROM; Diese Vorlage ist nützlich für I2C, I3C, SPI-Sensor, I2S PDM MEMS Mikrofone, programmierbare Oszillatoren, ADC, DAC oder SPI (QSPI) Flash-Speicher im BGA24- oder SO-8-Gehäuse.
14 x 14	LS	CR99002	wie CR99001 mit u.Fl Stecker
22 x 32	LS	CR99003	halbe Länge, mit Identifikations-EEPROM
18 x 32	LS	CR99004	Diese Vorlage eignet sich zur Konvertierung in Pmod Signale (CR00005).
22 x 30	LS	CR99005	halbe Länge, zwei SMA Stecker
18 x 20	HS	CR99101	kleinste Größe HS Modul; Diese Vorlage eignet sich für HyperRAM oder HyperFlash (CR00041), eMMC (CR00049) oder Loopback Adapter für CRUVI-HS (CR00091)
22 x 57.5	HS	CR99102	maximale Größe, einfache Breite HS module; Diese Vorlage eignet sich für Signal Test Adapter zur Untersuchung mit Oszilloskop oder Logikanalysator (CR00026), für Hochgeschwindigkeitsschnittstellen wie USB-C, HDMI (CR00240), MIPI CSI/DSI, SDIO, xGMII Ethernet (CR0020x) und LVDS ADC (1 bis 4 Data Lanes)
22 x 57.5	GT	CR99400	Diese Vorlage eignet sich für HDMI Ausgang (CR00240), JESD204B ADC (CR00401), Loopback Adapter für CRUVI-GT (CR00092)