FPGA硬件电路设计及FPGA平台介绍.ppt

1、介绍现场可编程门阵列硬件电路设计和现场可编程门阵列平台，2、主要内容：现场可编程门阵列技术概述；主流现场可编程门阵列器件介绍；VIRTEX-5现场可编程门阵列电路设计：V4LX160现场可编程门阵列平台介绍；第一章，现场可编程门阵列技术概述；第四章，第一章的主要内容，可编程逻辑器件的发展历史；现场可编程门阵列的主要特点；现场可编程门阵列的发展趋势；5、可编程逻辑器件的发展历史；可编程只读存储器只能存储少量数据和完成简单的逻辑功能。紫外可擦只读存储器和电可擦只读存储器。PAL/GAL可编程阵列逻辑和通用阵列逻辑可以完成大中型数字逻辑功能。现场可编程门阵列和复杂可编程逻辑器件可以完成超大规模复杂组

2、合逻辑和设计逻辑。6，现场可编程门阵列结构，现场可编程门阵列一般由以下基本部分组成：可配置逻辑块(CLB)，输入/输出块(IOB)，可编程内部互连资源(可编程互连，PI)。现代平台级现场可编程门阵列还包括以下可选资源：存储资源(块内存)，数字时钟管理单元(分频，倍频和数字延迟)，输入/输出多级标准兼容性(选择输入/输出)，算术运算单元(乘法器和加法器)，特殊功能模块，微处理器模块(PowerPC，ARM)，7。现代现场可编程门阵列的主要特点是规模越来越大，达到数千万门，开发过程投资少。现场可编程门阵列设计灵活，当发现错误时可以直接改变设计，从而降低芯片放置的风险，节省大量潜在成本。现场可编程门

3、阵列不仅可以完成复杂的系统功能，还可以实现专用集成电路设计的功能原型。通常，现场可编程门阵列可以重复编程和擦除。在不改变外围电路的情况下，通过设计不同的片上逻辑可以实现不同的电路功能。保密性好。在某些情况下，采用反逆向技术的现场可编程门阵列可以保护系统的安全性和设计者的知识产权。以ARM、PowerPC、Nios和MicroBlaze为代表的RISC处理器，各种软硬IP核极大地增强了系统功能，可以实现真正的片上可编程系统。现场可编程门阵列开发工具非常智能和强大。各种工具可以用来完成从输入、合成、实现到芯片配置的一系列功能。有许多工具可以在线模拟、优化、约束和调试设计。这些工具易于学习和使用，可

4、以使设计人员专注于电路设计。9、9、现场可编程门阵列的发展趋势，向着更高密度和更大容量的系统水平发展。低成本、低电压、低功耗、微封装和环保。知识产权资源复用的概念已经被广泛认可，并成为主要的设计方法。单片机、数字信号处理器和微处理器等嵌入式处理器将成为现场可编程门阵列应用的核心。，第2章主流FPGA器件介绍，第11章，第2章主要内容，各厂商对Altera FPGA主流器件的介绍，Xilinx FPGA主流器件介绍，第12章，FPGA厂商，基于RAM技术的Altera通用FPGA，基于RAM技术的Xilinx通用FPGA，ACTEL非易失性FPGA，格具有混合技术FPGA的特点，第13章。Alt

5、era的FPGA系列Cyclone低成本FPGA系列，用于成本敏感应用，Cyclone 130nm纳米工艺，Cyclone II90nm纳米工艺，Cyclone III65nm纳米工艺，Arria GX系列带收发器，用于PCIE，千兆位以太网和串行RapidIO Stratix高端FPGA系列，Stratix 130nm纳米工艺Stratix II/gx90纳米工艺Stratix III L/e65纳米工艺Stratix IV E/GT/gx40纳米工艺，用于高密度和高性能应用，14，Xilinx FPGA系列Spartan低成本Spartan IIE/II/XL 130nm工艺Spartan

6、 3/3E/3A/3AN/3A DSP90nm工艺Spartan 6 LX/LXT45nm工艺Virtex高端FPGA系列，Virtex II/IIPro130nm工艺Virtex 4 LX/SX/FX90nm工艺Virtex 5 LX/LXT/SXT/FXT/TXT65nm工艺Virtex 6 LXT/SXT/HXT40nm工艺，15，ACTEL FPGA系列ProASIC3最低成本，低功耗，可重新编程冰屋加低功耗的现场可编程门阵列融合与增强的输入输出功能将能够配置模拟组件，大容量闪存，时钟电路，和闪存为基础的高性能可编程逻辑集成在一个单一的芯片设备。16.格公司的FPGA系列Lattice

7、SC高性能FPGA系列LatticeSC是业界最快的FPGA结构，采用系统级特性。LatticeXP非易失性闪存FPGA系列LatticeXP 290nm纳米片上闪存、瞬时上电、小芯片面积、串行标签存储器、设计安全性等。支持实时更新、128位AES加密和双引导技术。LatticeECP低成本结构和具有一些先进特性的FPGA系列LatticeECP3在业界具有SERDES功能的FPGA器件中具有最低的功耗和价格，17，第2章的主要内容，由FPGA制造商介绍Altera FPGA主流器件介绍Xilinx FPGA主流器件，18，总结主流低端器件Cyclone III65nm低成本FPGA系列的特点

8、，19，20，总结主流高端器件Stratix IV 40nm高性能、高性能的特点ALM:GT和GX车型具有53万当量的发动机当量，而E车型具有68万当量的发动机当量；分段8输入LUT。2.可编程功耗技术：每个可编程实验室，数字信号处理器模块和存储模块可以工作在高速模式和低功耗模式3。外部存储器接口3360支持外部动态随机存取存储器和静态随机存取存储器接口，例如DDR3、DDR2、QDR二、QDR、RLDRAM和RLDRAM，速度为533米/赫兹4。DSP模块3360有1360个18位18位乘法器，非常灵活。5.高速输入输出支持：支持可编程压摆率、驱动能力、输出延迟和光学相干断层扫描等。优化的L

9、VDS输入输出性能介于150M1.6G 6之间。时钟管理：有12个PLL，速度在5720MHz之间。还有16个全局时钟、88个象限时钟和132个外围时钟。，21，22，总结Stratix IV GX的出色带宽性能和信号完整性特性，23，总结Stratix IV GT与11.3 Gbps收发器的特性，24，主流高端器件Stratix III 65nm高性能，高端FPGA Stratix III-L逻辑，内存和数字信号处理器资源平衡Stratix III-E增强内存和数字信号处理器资源，25，第2章主要内容，FPGA制造商介绍Altera FPGA主流器件介绍Xilinx FPGA主流器件，26，

10、 主流低端器件Spartan 3 90nm纳米低成本FPGA系列Spartan 3密度优化，适用于数据综合处理Spartan 3E逻辑优化，适用于逻辑集成和嵌入式控制Spartan 3AO优化，适用于多IO应用，如桥接，存储器接口Spartan 3AN非易失性，优化空间受限设计spartan3a DSP，适用于DSP相关应用，27。 spartan3具有：1，DCM频率5M300M，DDR/DDR2高达400m，最大输入输出驱动电流24mA，支持19个输入输出标准和28个多级标准。斯巴达3e资源增强具有高逻辑密度。支持多种配置模式(SPI、BPI等)。)，29，斯巴达3A:适用于具有多个输入输

11、出的低成本应用。增强功能1具有挂起模式，可以降低系统功耗。增强的DDR支持，高输入输出密度，30，斯巴达3AN:集成了非易失性存储器增强功能1和11M非易失性存储器。节省外部空间，易于使用，简化设计和增强功能2。代码更安全，31。Spartan3A DSP 3360内嵌高性能DSP模块。1.基于Virtex 4的DSP48A模块嵌入独立布线，增强250米处理能力。2.块内存得到增强，工作频率为250米，32。主流低端器件斯巴达645纳米低成本、低功耗的FPGA系列斯巴达6 LX具有逻辑优化的斯巴达6 LX具有高速串行数据连接，33、斯巴达6 LX 1的基本特性。基于双寄存器和6输入查找表的片2

12、和输入输出支持1.2 V和3.3 V的多级和多接口标准；每对差分io的传输速度为1gb/s；支持DDR、DDR2、DDR3和RLDDR，最高支持速率为800兆字节/秒；支持PCI-33兆赫兹。3.增强型数字信号处理器处理模块数字信号处理器48A1 4，增强型时钟管理模块(CMT)，一个CMT由两个数字信号处理器和一个锁相环组成。5.支持多种配置模式，包括低成本串行接口模式和非闪存模式。6.增强的设计安全性，使用脱氧核糖核酸认证和AES流加密。7.低成本增强型软处理器微处理器。斯巴达-6lxt 1的附加功能。集成高速GTP串行收发器，最高速度为3.125Gb/s，接口类型包括SATA、PCI-E

13、、1G以太网、显示端口、光突发交换接口、CPRI、以太网接口等。2.为PCI Express设计和集成的端点模块。35，主流高端器件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:高性能逻辑应用Virtex-5 SXT:高性能信号处理应用Virtex-5 FXT:高性能嵌入式系统，具有高级串行连接功能Unified Virtex-5 TXT:高性能系统，具有双密度高级串行连接功能，36，Virtex-5系列1的基本特性，真正的6输入查找表(LUT)技术，双52.时钟管理模块(CMT)是一个数字时钟管理模块，具有零延迟缓冲、频率合

14、成和时钟相移功能；带输入抖动滤波器、零延迟缓冲器、频率合成和相位匹配时钟分频的锁相环模块。3.真正的双端口内存模块36 Kb块内存/先进先出4，先进的DSP48E切片5，并支持多种配置模式，包括低成本的串行接口模式和并行闪存模式。6.所有器件都具有系统监控功能(片内/片外热特性监控、片内/片外电源监控以及通过JTAG端口访问所有监控量)。7.LXT、SXT和FXT器件在同一封装中引脚兼容。37.Virtex-5 LXT、SXT、TXT和FXT具有1的特性。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以太网媒体访问控制可以

15、使用RocketIO收发器作为PHY。它还可以连接到Rockeio GTP收发器Virtex-5 TXT，具有100 Mb/s至3.75 Gb/s的特殊功能，外部PHY Virtex-5 LXT和SXT，以及FXT的特殊功能，具有150 Mb/s至6.5 Gb/s的特殊功能。Rockeio GTX收发器Virtex-5 FXT的独特功能包括PowerPC 440微处理器模块(RISC架构，七级流水线，包括32 KB指令和数据高速缓存)、38、Virtex-5 LX和LXT系列设备，以及39Virtex-5切片的组织结构与前几代不同。每个Virtex-5切片包含四个查找表和四个触发器。2.每个D

16、SP48E切片包含一个2518乘法器、一个加法器和一个累加器。3.块内存的基本容量是36 Kb。每个模块也可以用作两个独立的18 Kb模块。4.每个时钟管理模块(CMT)包含两个直流电机和一个锁相环。40、主流高端器件Virtex-6 40纳米高端高性能FPGA系列Virtex-6系列FPGA是XILINX公司发布的最新产品。目前有两个系列：Virtex-6 LXT高性能逻辑应用与先进的串行连接Virtex-6 SXT高性能信号处理应用与先进的串行连接功能，第3章Virtex 5，42的硬件设计，第3章的主要内容，XILINX Virtex-5给出了Virtex-5的硬件特性和硬件电路设计要点的详细概述，43、Virtex-5 FPGA具有较高的逻辑速度，比V4高12级，并能级联32位可变移位寄存器或64位分布式存储器，具有优良的布线架构。对角线方向的布线得到加强，模块之间的中间连接很少多达330，000个逻辑单元，44个，最多6个时钟管理模块(CMT)，用于550 MHz时钟，每个CMT包含两个DCM和一个锁相环时钟发生器