ULX3S è una scheda di sviluppo FPGA completamente open source, compatta, robusta e conveniente dotata di una selezione bilanciata di componenti aggiuntivi ed espansioni. Sebbene sia stato progettato principalmente come strumento di insegnamento per padroneggiare i principi della progettazione di circuiti digitali, ULX3S incorpora una vasta gamma di funzionalità e interfacce che gli consentono di fungere da modulo ampiamente utile per l’installazione in dispositivi complessi.

Costruito attorno a un potente chip FPGA serie ECP5 di Lattice Semiconductor e supportato dalle più recenti toolchain open source, ULX3S è una delle piattaforme più potenti e desiderabili disponibili per gli appassionati di FPGA. È dotato di Wi-Fi, display, pulsanti, LED e memoria integrati. Ad esempio, è possibile eseguire il flash con un aggiornamento over-the-air (OTA) utilizzando la connessione Wi-Fi, o sfruttare il display OLED e i pulsanti integrati per sfogliare il contenuto di una scheda SD e selezionare un flusso di bit. Grazie al suo RTC alimentato a batteria, ULX3S può spegnersi completamente e riattivarsi solo in risposta a determinati eventi. Questa funzione lo rende perfetto per l’uso in applicazioni a bassa potenza come i sensori remoti alimentati a batteria.

Le periferiche integrate come SDRAM, USB, uscita video digitale, antenna FM / ASK integrata, ADC e DAC lo rendono un alimentatore audio / video per l’elaborazione e la sintesi del segnale, controllo motore e utilizzo dei DSP (Digital Signal Processor). ULX3S può emulare macchine arcade e retro-computer come il Minimig (Amiga) o sistemi moderni come l’F32C (MIPS / RISCV) grazie ai 56 pin GPIO, tutti instradati come coppie differenziali e un pinout compatibile PMOD. Attraverso queste caratteristiche, la scheda di sviluppo si apre  ad una vasta gamma di opzioni di espansione, programmabile anche con Arduino IDE.

ULX3S è stato sviluppato attivamente dal 2016 ed è il risultato di una collaborazione tra Radiona.org / Zagreb Makerspace e FER – Facoltà di ingegneria elettrica e informatica presso l’Università di Zagabria in Croazia.

Il design del PCB è stato realizzato da Electronic Mechanic Aerodynamic Research & Development (EMARD).

FPGA: Lattice ECP5

LFE5U-85F-6BG381C (LUT 84 K)

LFE5U-45F-6BG381C (44 K LUT)

LFE5U-25F-6BG381C (LUT 24 K)

LFE5U-12F-6BG381C (LUT 12 K)

USB: FTDI FT231XS (JTAG da 500 kbit e USB-seriale da 3 Mbit)

GPIO: 56 pin (28 coppie differenziali), compatibile con PMOD con potenza di uscita 3,3 V a 1 A o 2,5 V a 1,5 A

RAM: 32 MB SDRAM 166 MHz

Flash: Flash Quad-SPI da 4-16 MB per configurazione FPGA e archiviazione dati utente

Memoria di massa: slot Micro-SD

LED: 11 (8 LED utente, 2 LED USB, 1 LED Wi-Fi)

Pulsanti: 7 (4 direzionali, 2 trigger, 1 pulsante di accensione)

Audio: jack da 3,5 mm con 4 contatti (stereo analogico + audio digitale o video composito)

Video: video digitale (interfaccia differenziale generica GPDI) con cambio di livello bidirezionale I²C da 3,3 V a 5 V

Display: SPI COLOR OLED SSD1331

Wi-Fi e Bluetooth: segnaposto per ESP32 (interfaccia web JTAG autonoma tramite Wi-Fi)

Antenna: 27, 88-108, 144, 433 MHz FM / ASK integrati

ADC: 8 canali, 12 bit, 1 MS a / s MAX11125

Potenza: 3 regolatori di tensione di commutazione: 1,1 V, 2,5 V e 3,3 V

Clock: 25 MHz a bordo, ingresso clock differenziale esterno

Sleep a basso consumo: 5 µA in standby a 5 V, sveglia RTC MCP7940N, pulsante di accensione, quarzo 32768 Hz con batteria CR1225 di riserva

Dimensioni: 94 mm × 51 mm

Per coloro che fossero agli inizi con lo studio delle FPGA e volessero saperne di più, possiamo dire che L’FPGA (Field Programmable Gate Array) è un circuito integrato di tipologia SOPC (System On a Programmable Chip) che contiene al suo interno un elevato numero di blocchi logici configurabili (Configurable Logic Blocks o CLB). Ognuno di questi blocchi logici può essere direttamente collegato ad un altro attraverso il meccanismo di interconnessione. Attraverso il collegamento dei blocchi è quindi possibile sintetizzare opportunamente qualsiasi circuito logico mediante gli Hardware Description Language, come ad esempio il VHDL.

Uno degli indubbi vantaggi delle FPGA è la possibilità di essere riprogrammati moltissime volte, in base alle specifiche del circuito, tuttavia non è da sottovalutare il problema relativo ai ritardi dovuti alla circuiteria interna del chip.

Per maggiori informazioni su ULX3S potete consultare il sito dello sviluppatore.