Quem coordena um laboratório de sistemas digitais costuma receber o pedido de compra de kits FPGA com uma pergunta embutida: “qual placa?”. A resposta quase nunca é uma só. A turma de Circuitos Digitais do segundo ano precisa de chaves, LEDs e displays para enxergar a lógica funcionando. A de Sistemas Embarcados do quinto ano precisa de um processador rodando Linux ao lado da lógica programável. E o aluno de TCC que quer processar vídeo precisa de mais área lógica e mais memória do que os dois.

Comprar a mesma placa para todas as disciplinas leva a um de dois erros: gastar com recursos que ninguém vai usar na aula introdutória, ou limitar as disciplinas avançadas a uma placa que não tem processador, Ethernet ou entrada de vídeo.

Este guia compara três kits da Terasic com FPGAs Altera, muito usados em ensino: DE10-Lite, DE1-SoC e DE10-Standard. A ideia é ajudar a montar um laboratório em que cada disciplina use o kit adequado, sem perder a continuidade de ferramentas entre elas.

Por que pensar o kit por disciplina, e não por laboratório

Um curso de Engenharia percorre uma trilha: lógica combinacional e sequencial, linguagens de descrição de hardware (Verilog ou VHDL), máquinas de estados, processadores e arquitetura de computadores, sistemas embarcados, processamento de sinais e, no fim, projetos integradores e pesquisa. Cada etapa pede recursos diferentes da placa.

A boa notícia é que os três kits deste guia usam FPGAs Altera e são programados no Quartus Prime. A família MAX 10 (DE10-Lite) e a família Cyclone V (DE1-SoC e DE10-Standard) estão entre os dispositivos atendidos pela edição de entrada do Quartus Prime (comparativo de edições, Altera). Na prática, o aluno aprende o fluxo de projeto (síntese, atribuição de pinos, análise de timing, depuração) uma vez e o reaproveita quando troca de placa.

DE10-Lite: a porta de entrada para lógica digital e prototipagem

O DE10-Lite é construído sobre o FPGA MAX 10 10M50DAF484C7G, com cerca de 50 mil elementos lógicos, 1.638 Kbits de memória M9K, 5.888 Kbits de memória flash de usuário, 144 multiplicadores 18×18 e 4 PLLs. Ao lado do FPGA, a placa traz 64 MB de SDRAM (manual do usuário DE10-Lite, Terasic; página oficial Altera).

O que faz dele um kit didático:

• Interface de usuário completa para as primeiras aulas: 10 chaves deslizantes, 10 LEDs, 2 botões com debounce e 6 displays de 7 segmentos. É o suficiente para portas lógicas, contadores, decodificadores e máquinas de estados com resultado visível na bancada.
• ADC dentro do próprio FPGA: o MAX 10 tem ADCs integrados (12 bits), com seis entradas analógicas acessíveis pelo conector Arduino. Assim, a placa também atende aulas de aquisição de sinais, sem módulo externo.
• Conector compatível com Arduino Uno R3 e um header GPIO de 40 pinos, para ligar shields e sensores em projetos de extensão e TCC.
• Acelerômetro de 3 eixos (ADXL345) e saída VGA, para projetos com sensores e geração de vídeo simples.
• USB-Blaster integrado: basta um cabo USB para programar a placa.

O DE10-Lite não tem processador ARM. Para estudar processadores, o caminho é implementar um processador softcore no próprio FPGA, que é justamente o conteúdo de arquitetura de computadores e de introdução a sistemas embarcados.

É o kit usado na Jornada FPGA Altera da Macnica DHW, nas duas etapas: fundamentos e Verilog na Etapa 01, sistemas embarcados com Platform Designer e processador Nios V (RISC-V) na Etapa 02.

Disciplinas indicadas: Circuitos e Sistemas Digitais; Lógica Programável; Linguagens de Descrição de Hardware (Verilog/VHDL); Laboratório de Eletrônica Digital; Arquitetura de Computadores (com processador softcore); introdução a Sistemas Embarcados; projetos de extensão e TCCs de prototipagem.

DE1-SoC: lógica programável e processador ARM na mesma placa

O DE1-SoC usa o Cyclone V SoC 5CSEMA5F31, que combina 85 mil elementos lógicos e 4.450 Kbits de memória embarcada com um processador ARM Cortex-A9 dual-core (o HPS, Hard Processor System) no mesmo chip (manual do usuário DE1-SoC, Terasic; página oficial Altera).

Isso muda o tipo de aula possível. Com o DE1-SoC, a mesma placa permite:

• Rodar Linux no ARM e acelerar funções na lógica programável, o chamado co-design hardware/software. O HPS tem 1 GB de DDR3, slot microSD, Ethernet 10/100/1000 e duas portas USB 2.0 Host. O lado FPGA tem 64 MB de SDRAM próprios.
• Trabalhar com áudio e vídeo: codec de áudio de 24 bits (entrada de linha, saída de linha e microfone), DAC VGA de 24 bits e decodificador de TV (NTSC, PAL e SECAM).
• Fazer aquisição de sinais: ADC de 8 canais e 12 bits, até 1 MSPS.
• Manter a interface das aulas básicas: 10 chaves, 4 botões no FPGA, 10 LEDs no FPGA e 6 displays de 7 segmentos, além de dois headers GPIO de 40 pinos, acelerômetro, PS/2 e receptor/emissor infravermelho.

A página acadêmica da Altera apresenta o DE1-SoC como a plataforma recomendada para ensino e projetos (Altera FPGA Academic Boards).

Disciplinas indicadas: Sistemas Embarcados; Sistemas Operacionais Embarcados / Linux embarcado; Co-design Hardware/Software; Arquitetura de Computadores avançada; Processamento Digital de Sinais e de Áudio; Sistemas Digitais avançados.

DE10-Standard: mais área lógica, mais memória e expansão de alta velocidade

O DE10-Standard também é baseado em Cyclone V SoC, o 5CSXFC6D6F31C6N, com 110 mil elementos lógicos, 5.140 Kbits de memória embarcada e o mesmo ARM Cortex-A9 dual-core (manual do usuário DE10-Standard, Terasic/Altera; página oficial Altera).

Em relação ao DE1-SoC, os principais acréscimos são:

• Mais recursos de FPGA: cerca de 30% mais elementos lógicos (110 mil contra 85 mil) e mais memória embarcada, o que dá folga para pipelines de processamento de sinais e vídeo.
• Conector HSMC com 8 canais de transceptores e I/O configurável (1,5 V a 3,3 V), para placas filhas e comunicação de alta velocidade.
• Display LCD 128×64 com backlight ligado ao HPS, útil para interfaces locais em projetos embarcados.
• O mesmo conjunto multimídia e de conectividade do DE1-SoC: 1 GB de DDR3, 64 MB de SDRAM, Gigabit Ethernet, duas USB 2.0 Host, codec de áudio de 24 bits, VGA de 24 bits, decodificador de TV, ADC de 8 canais e 12 bits e acelerômetro. Ele tem um header GPIO de 40 pinos, contra dois no DE1-SoC.

A Altera descreve o DE10-Standard como a opção “para quem precisa de um pouco mais” (Altera FPGA Academic Boards). Ele também é o substituto direto do DE2-115 indicado pela Terasic, uma referência importante para laboratórios que ainda têm roteiros de aula montados sobre o DE2-115 (Kits Terasic: DE2-115 sai, DE10-Standard assume).

E se o laboratório quiser renovar já pensando na nova geração? A Terasic também sugere, como alternativa ao DE2-115, o DE25-Standard, baseado no SoC FPGA Agilex 5 e com maior disponibilidade de estoque. Para compras em volume com prazo apertado, vale pedir a cotação dos dois.

Disciplinas indicadas: Processamento Digital de Sinais e de Imagens; Sistemas Embarcados avançados; Projetos Integradores; TCC e iniciação científica com vídeo, comunicação ou aceleração em hardware; disciplinas de pós-graduação que ainda usam a família Cyclone V.

Comparativo rápido

Recurso	DE10-Lite	DE1-SoC	DE10-Standard
FPGA	MAX 10 10M50DAF484C7G	Cyclone V SoC 5CSEMA5F31	Cyclone V SoC 5CSXFC6D6F31C6N
Elementos lógicos	~50 mil	~85 mil	~110 mil
Processador ARM integrado	Não (usa softcore, como o Nios V)	Cortex-A9 dual-core	Cortex-A9 dual-core
Memória	64 MB SDRAM	1 GB DDR3 (HPS) + 64 MB SDRAM	1 GB DDR3 (HPS) + 64 MB SDRAM
ADC	Integrado ao MAX 10 (12 bits)	8 canais, 12 bits	8 canais, 12 bits
Vídeo	VGA (4 bits por cor)	VGA 24 bits + entrada de TV	VGA 24 bits + entrada de TV
Áudio	—	Codec 24 bits	Codec 24 bits
Rede e USB host	—	Gigabit Ethernet, 2× USB 2.0 Host	Gigabit Ethernet, 2× USB 2.0 Host
Expansão	Arduino Uno R3 + GPIO 40 pinos	2× GPIO 40 pinos	GPIO 40 pinos + HSMC (8 transceptores)
Destaque didático	Primeiras aulas, prototipagem, softcore	Co-design HW/SW, Linux embarcado	Projetos maiores, DSP e vídeo

Fontes: manuais Terasic e páginas oficiais Altera citados acima.

Como montar a trilha do curso com os três kits

Um desenho comum, que cada coordenação pode ajustar à sua grade:

1. Primeiros semestres (lógica digital e HDL): DE10-Lite. A turma aprende Verilog, Quartus Prime, atribuição de pinos, timing e máquinas de estados com interface visual direta.
2. Meio do curso (arquitetura e introdução a embarcados): DE10-Lite com processador softcore. O aluno monta um sistema com processador, barramento e periféricos no Platform Designer, sem trocar de placa.
3. Disciplinas de embarcados e sistemas operacionais: DE1-SoC. Linux no ARM e lógica dedicada no FPGA, conversando entre si.
4. Projetos integradores, TCC e pesquisa: DE10-Standard nos projetos que precisam de mais área lógica, mais memória embarcada ou expansão HSMC.

Com essa divisão, o laboratório concentra a maior quantidade de kits no modelo de entrada, que atende as turmas mais numerosas, e reserva os SoCs para as disciplinas que de fato usam o processador e a conectividade.

Checklist para o pedido de compra do laboratório

Antes de fechar a compra, vale responder:

• Quantas turmas e quantos alunos por bancada cada disciplina tem? Em geral, o volume maior fica no kit de entrada.
• A disciplina usa processador? Se usa só lógica e softcore, o DE10-Lite atende. Se usa Linux ou co-design com ARM, é DE1-SoC ou DE10-Standard.
• Há aulas com áudio, vídeo ou rede? Isso aponta para os kits SoC.
• Os projetos de TCC e pesquisa precisam de expansão de alta velocidade? Então considere o DE10-Standard (HSMC).
• Haverá kits de reserva para reposição durante o semestre?
• Os professores vão precisar de capacitação no fluxo Quartus, Platform Designer ou Nios V antes do início das aulas?
• O pedido precisa entrar no orçamento deste exercício? Se sim, peça a cotação com antecedência, porque o prazo de compra da instituição costuma ser mais curto que o prazo de entrega.

Do kit à sala de aula: a Jornada FPGA Altera

Ter o kit certo resolve metade do problema. A outra metade é preparar professores e alunos para tirar proveito dele. A Jornada FPGA Altera da Macnica DHW é dividida em duas etapas, ambas online e ao vivo:

• Etapa 01, Básico/Intermediário (20 horas, kit DE10-Lite incluso): fundamentos de FPGA, linguagem Verilog, Quartus Prime Lite, configuração de pinos, análise de timing, depuração, máquinas de estados e simulação de projetos.
• Etapa 02, Avançado (20 horas, com o DE10-Lite): desenvolvimento de sistemas embarcados, Platform Designer (Qsys), arquitetura do processador Nios V (RISC-V), criação de componentes personalizados e desenvolvimento de aplicações em hardware.

Para instituições e empresas com necessidades específicas, há também o treinamento In Company, com ementa e conteúdo adaptados aos projetos e objetivos do contratante. Nesse formato, o treinamento pode usar outros kits, como o DE1-SoC e o DE10-Standard, conforme a necessidade de cada projeto ou instituição.

Conclusão

Não existe “o melhor kit FPGA” para um curso inteiro. Existe o kit certo para cada etapa da formação. O DE10-Lite cobre com folga as disciplinas introdutórias e de prototipagem, com ADC integrado e conector Arduino. O DE1-SoC leva para a sala o par ARM + FPGA que o aluno vai encontrar em sistemas embarcados reais. O DE10-Standard dá a margem de área lógica, memória e expansão que os projetos maiores pedem.

A Macnica DHW distribui os kits Terasic no Brasil (Macnica DHW, distribuidora Terasic) e oferece a capacitação para usá-los. Assim, o laboratório chega à primeira aula com placa, ferramenta e professor preparados.

Vai montar ou ampliar o laboratório de FPGA? Fale com um especialista da Macnica DHW para dimensionar os kits por disciplina e conhecer as próximas turmas da Jornada FPGA Altera.

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Sobre a Macnica DHW

Em resumo, a Macnica DHW é operação na América do Sul do grupo japonês Macnica Inc., maior distribuidor de semicondutores do Japão, e 5º maior do mundo.

Atualmente, o grupo Macnica possui equipes de desenvolvimento em soluções IoT, IA, hardware e software em vários pontos do globo.

E nesse sentido, a nossa tecnologia avança para seus negócios irem além, com soluções customizadas de acordo com sua necessidade.

Portanto, aproveite e leve as soluções que a Macnica DHW tem para sua empresa.

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