《FPGA硬件电路设计及FPGA平台介绍》由会员分享，可在线阅读，更多相关《FPGA硬件电路设计及FPGA平台介绍（78页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、FPGA硬件电路设计及FPGA平台简介,2,主要内容：,FPGA技术概述； 主流FPGA器件介绍； VIRTEX-5 FPGA电路设计； V4LX160 FPGA平台介绍；,第一章FPGA技术概述,4,第1章主要内容,可编程逻辑器件发展历程 FPGA的结构 FPGA的主要特点 FPGA的发展趋势,5,可编程逻辑器件发展历程,PROM可编程只读存储器，只能存储少量数据，完成简单逻辑功能。 EPROM/EEPROM紫外线可擦除只读存储器和电可擦除只读存储器。 PAL/GAL可编程阵列逻辑和通用阵列逻辑，能完成中大规模的数字逻辑功能。 FPGA/CPLD现场可编程门阵列和复杂可编程逻辑器件，完成超大
2、规模的复杂组合逻辑与设计逻辑。,6,FPGA的结构,FPGA一般由以下几个基本部分构成： 可编程逻辑功能模块（Configurable Logic Block，CLB） 可编程输入输出模块（Input/Output Blocks，IOB） 可编程内部互连资源（Programmable Interconnection，PI） 现代平台级FPGA还会包括以下可选资源： 存储器资源（BlockRAM） 数字时钟管理单元（分频、倍频、数字延迟） I/O多电平标准兼容（Select I/O） 算术运算单元（乘法器、加法器） 特殊功能模块 微处理器模块（PowerPC、ARM）,7,现代FPGA的主要特点
3、,规模越来越大，达到上千万门级的规模，更适于实现片上系统（SoC）。 开发过程投资小。FPGA设计灵活，发现错误时可直接更改设计，减少了投片风险，节省了许多潜在的花费。FPGA除能完成复杂系统功能外，也可以实现ASIC设计的功能样机。 FPGA一般可以反复地编程、擦除。在不改变外围电路的情况下，设计不同片内逻辑就能实现不同的电路功能。 保密性好。在某些场合下，根据要求选用防止反向技术的FPGA，能很好的保护系统的安全性和设计者的知识产权。,8,以ARM、PowerPC、Nios和MicroBlaze为代表的RISC处理器软硬IP核、各种软硬IP核极大的加强了系统功能，可以实现真正的可编程片上系
4、统。 FPGA开发工具智能化程度高，功能强大。应用各种工具可以完成从输入、综合、实现到配置芯片等一系列功能。还有许多工具可以完成对设计的仿真、优化、约束、在线调试等功能。这些工具易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行电路设计。,9,FPGA的发展趋势,向更高密度、更大容量的系统级方向发展。 向低成本、低电压、低功耗、微封装和环保型发展。 IP资源复用理念得到普遍认同并成为主要设计方式。 MCU、DSP和MPU等嵌入式处理器IP将成为FPGA应用的核心。,第二章主流FPGA器件介绍,11,第2章主要内容,各厂商FPGA系列介绍 Altera FPGA主流器件介绍 Xilinx FPGA主流器件
5、介绍,12,FPGA厂商,ALTERA基于RAM工艺的通用FPGA XILINX 基于RAM工艺的通用FPGA ACTEL 基于反熔丝工艺和FLASH工艺非易失性的FPGA LATTICE具有混合工艺的特色FPGA,13,ALTERA公司FPGA系列 Cyclone低成本FPGA系列，针对成本敏感的应用 Cyclone 130nm工艺 Cyclone II90nm工艺 Cyclone III65nm工艺 Arria GX 带有收发器的中低成本FPGA系列，针对PCIE、千兆 以太网和Serial RapidIO Stratix 高端FPGA系列，针对高密度高性能应用 Stratix 130nm
6、工艺 Stratix II/GX90nm工艺 Stratix III L/E65nm工艺 Stratix IV E/GT/GX40nm工艺,14,Xilinx公司FPGA系列 Spartan低成本FPGA系列，针对成本敏感的应用 Spartan IIE/II/XL 130nm工艺 Spartan 3/3E/3A/3AN/3A DSP90nm工艺 Spartan 6 LX/LXT45nm工艺 Virtex 高端FPGA系列，针对高密度高性能应用 Virtex II/IIPro130nm工艺 Virtex 4 LX/SX/FX90nm工艺 Virtex 5 LX/LXT/SXT/FXT/TXT65
7、nm工艺 Virtex 6 LXT/SXT/HXT40nm工艺,15,ACTEL公司FPGA系列 ProASIC3 最低成本、低功耗、可重编程非易失FPGA系列 ProASIC3/E 低功耗、低成本FPGA ProASIC3 nano 具有增强I/O功能的最低成本的FPGA ProASIC3L 6低功耗、高性能和低成本平衡的FPGA IGLOO 低功耗、小面积、低成本、可重编程Flash FPGA IGLOO/e 功耗超低的可编程FPGA IGLOO nano 业界功耗最低、尺寸最小的FPGA IGLOO PLUS 具有增强I/O功能的低功耗FPGA Fusion 将可配置模拟部件、大容量 F
8、lash 、时钟电路，以及基 于Flash的高性能可编程逻辑集成在单片器件中,16,Lattice公司FPGA系列 LatticeSC 高性能FPGA系列 LatticeSC 业界最快的FPGA结构，采纳了系统级特性。 LatticeXP 非易失 的Flash FPGA系列 LatticeXP 290nm闪存片上存储器，瞬时上电、小的芯片面积、串行TAG存储器、设计安全性等。 支持现场升级(Live Updates)、128位的AES加密以及双引导技术。 LatticeECP 低成本结构和一些先进特性的FPGA系列 LatticeECP3业界拥有SERDES功能的FPGA器件中，具有最低的功耗
9、和价格,17,第2章主要内容,FPGA生产厂商介绍 Altera FPGA主流器件介绍 Xilinx FPGA主流器件介绍,18,主流低端器件Cyclone III65nm 低成本FPGA系列 特性总结,19,20,主流高端器件Stratix IV 40nm 高性能、高端FPGA Stratix IV E非收发器应用的通用FPGA 特性总结 1、ALM:GT和GX型号有530K等价LE，E型号有680K等价LE;分段式的8输入LUT。 2、可编程功耗技术:每一个可编程LAB、DSP模块和存储器模块都可工作在高速模式和低功耗模式 3、外部存储器接口:支持DDR3、DDR2、QDR II、QDR、
10、RLDRAM和RLDRAM等外部DRAM和SRAM接口，速度可到533M/Hz 4、DSP模块:具有1360个18位 x 18位乘法器，可灵活配置为多种模式。 5、高速IO支持:支持可编程摆率、驱动能力、输出延时和OCT等功能，经过 优化后的LVDS IO性能在150M1.6G之间 6、时钟管理: 12个PLL，速度在5720MHz之间。还有16个全局时钟、88个象限时钟及132个外围时钟。,21,22,Stratix IV GX 优异的带宽性能和信号完整性 特性总结,23,Stratix IV GT 带有11.3-Gbps收发器 特性总结,24,主流高端器件Stratix III 65nm
11、高性能、高端FPGA Stratix III-L逻辑、存储器和DSP资源平衡 Stratix III-E增强了存储器和DSP资源,25,第2章主要内容,FPGA生产厂商介绍 Altera FPGA主流器件介绍 Xilinx FPGA主流器件介绍,26,主流低端器件Spartan 3 90nm 低成本FPGA系列 Spartan 3密度优化的，适用于数据综合处理 Spartan 3E逻辑优化的，适用于逻辑集成和嵌入式控制 Spartan 3AIO优化的，适用于多IO应用，如桥接，存储器接口 Spartan 3AN非易失的，适用于空间受限的设计 Spartan 3A DSPDSP应用优化，适用于D
12、SP相关应用,27,Spartan 3 特性:1、DCM频率5M300M，DDR/DDR2最高到400M,IO最大24mA驱动电流 2、支持19种IO标准和多种电平标准,28,Spartan 3E资源 增强特性逻辑密度高。支持多种配置方式（SPI,BPI等）,29,Spartan 3A:适用于多IO的低成本应用 增强特性1有suspend模式，可降低系统功耗 增强特性2增强的DDR支持，IO密度高,30,Spartan 3AN:整合了非易失MEMORY 增强特性1内嵌11M的非易失MEMORY，节省外部空间，易用，简化设计 增强特性2代码更安全,31,Spartan 3A DSP:内嵌高性能D
13、SP模块 增强特性1内嵌基于Virtex 4的DSP48A模块，独立布线，250M处理能力 增强特性2增强了BLOCK RAM，工作频率250M,32,主流低端器件Spartan 6 45nm 低成本、低功耗FPGA系列 Spartan-6 LX具有逻辑优化的 Spartan-6 LXT具有高速串行数据连接,33,Spartan-6 LX的基本特性 1、基于双寄存器、6输入查找表的slice 2、IO支持1.2V3.3V的多种电平和多种接口标准；每对差分IO传输速度1Gb/s；支持DDR、DDR2、DDR3和RLDDR，最高支持速率800Mb/s；支持PCI-33MHz 。 3、增强的DSP处
14、理模块- DSP48A1 4、增强的时钟管理模块(CMT)，一个CMT由2个DCM和1个PLL组成。 5、支持多种配置模式，包括低成本的SPI模式和NOR FLASH模式。 6、增强的设计安全保护，使用了DNA身份验证方式和AES流加密方式 7、低成本的增强型的软处理器MicroBlaze。,34,Spartan-6 LXT的附加特性 1、集成了高速GTP串行收发器，最高速率为3.125Gb/s,接口类型包括SATA，PCI-E，1G 以太网， DisplayPort， OBSAI, CPRI, EPON等。 2、为PCI Express设计集成了Endpoint block。,35,主流高端
15、器件Virtex5 65nm 高端高性能FPGA系列 Virtex-5 LX： 高性能通用逻辑应用 Virtex-5 LXT：具有高级串行连接功能的高性能逻辑应用 Virtex-5 SXT：具有高级串行连接功能的高性能信号处理应用 Virtex-5 FXT：具有高级串行连接功能的高性能嵌入式系统 Virtex-5 TXT：具有双密度高级串行连接功能的高性能系统,36,Virtex-5 系列的基本特性 1、真 6 输入查找表 (LUT) 技术，双 5-LUT 选项。 2、时钟管理模块 (CMT) 具有零延迟缓冲、频率综合和时钟相移功能的数字时钟管理器模块；具有输入抖动滤波、零延迟缓冲、频率综合和
16、相位匹配时钟分频功能的PLL模块。 3、真双端口 RAM 模块36 Kb Block RAM/FIFO 4、高级DSP48E Slice 5、支持多种配置模式，包括低成本的SPI模式和并行FLASH模式。 6、所有器件都有系统监视功能（片上/片外热特性监视、片上 / 片外电源监视、通过 JTAG 端口访问所有监视量） 7、LXT、SXT 和 FXT 器件同样封装中引脚兼容,37,Virtex-5 LXT、SXT、TXT、FXT的特性 1、 PCI Express 集成端点模块、 符合 PCI Express 基本规范 1.1 。 2、三态 10/100/1000 Mb/s 以太网 MAC，可以将 RocketIO 收发器用作 PHY，也可以用多种软 MII（媒体独立接口）方案将其连接到外部PHY Virtex-5 LXT、SXT的特有功能 100 Mb/s 到 3.75 Gb/s 的 RocketIO GTP 收发器 Virtex-5 TXT、FXT的特有功能 150 Mb/s 到 6.5 Gb/s 的 RocketIO GTX 收发器 Virtex-5 FXT的特有
