采用低功耗28-nm FPGA降低系統(tǒng)總成本

　　例如，一個(gè)簡(jiǎn)單視頻處理應(yīng)用只需要9位精度，而一些高端彩色系統(tǒng)則需要24位。對(duì)于9位視頻應(yīng)用，一個(gè)模塊可以分成三個(gè)9位乘法器，將DSP模塊的效率提高了三倍。一個(gè)精度可調(diào)模塊能夠高效的滿足所有這些范圍要求。從而支持設(shè)計(jì)人員讓FPGA資源來(lái)適應(yīng)其算法，而不是讓算法來(lái)適應(yīng)有限的資源要求。

　　硬核IP實(shí)現(xiàn)了高性能，提高了靈活性，而且縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間

　　Altera在固定硅片中增強(qiáng)了某些常用的IP模塊(例如，雙倍數(shù)據(jù)速率存儲(chǔ)器控制器、協(xié)議堆棧，甚至是嵌入式ARM處理器)，釋放寶貴的可編程邏輯資源，用于實(shí)現(xiàn)其他邏輯功能，從而提高了性能，降低了功耗和成本。作為一個(gè)例子，PCI Express^® (PCIe^®)協(xié)議堆棧需要大約150K LE作為軟核實(shí)現(xiàn)，在硬核模塊中則只需要三分之一的器件面積。采用競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)和工具嘗試實(shí)現(xiàn)PCIe內(nèi)核的用戶會(huì)發(fā)現(xiàn)，使用Altera硬核IP結(jié)合Qsys系統(tǒng)集成工具，在設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)間上平均能夠節(jié)省6個(gè)星期的時(shí)間。這對(duì)于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)而言意味著大幅度降低了成本。

　　Altera還在FPGA中引入了第一種PCIe多功能支持。這一技術(shù)簡(jiǎn)化了不同外設(shè)之間對(duì)PCIe鏈路帶寬的共享。支持8種功能，PCIe多功能支持將多個(gè)單一功能端點(diǎn)集成到一個(gè)多功能端點(diǎn)中。這縮短了開發(fā)時(shí)間，能夠節(jié)省20K LE。

　　利用PCIe多功能，設(shè)計(jì)人員能夠很好的定制業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)處理器和駐留在FPGA邏輯中特有的多種外設(shè)。而且，支持多功能后，設(shè)計(jì)人員可以使用標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)(OS)驅(qū)動(dòng)軟件，在FPGA的外設(shè)上共享PCIe鏈路帶寬。沒(méi)有多功能支持時(shí)，開發(fā)過(guò)程中的一項(xiàng)主要工作是定制驅(qū)動(dòng)軟件以實(shí)現(xiàn)這種資源共享功能。而且，多功能支持不需要多個(gè)軟核或者硬核PCIe內(nèi)核，將其集成到了一個(gè)多功能PCIe端點(diǎn)中，從而有效降低了成本。

　　硬核IP最早出現(xiàn)在Altera的40-nm器件中，作為PHY層單元，因此，不再需要外部高性能串行I/O電路板元器件。在Altera 28-nm器件中，嵌入式硬核IP模塊實(shí)現(xiàn)了ASIC的成本、性能和功耗特性，不會(huì)犧牲設(shè)計(jì)靈活性。例如，可以在Cyclone V GT器件中配置PCIe硬核IP模塊來(lái)支持PCIe Gen1或者Gen2。此外，Cyclone V FPGA還提供兩個(gè)硬核PCIe內(nèi)核——是競(jìng)爭(zhēng)器件的兩倍。與軟核邏輯實(shí)現(xiàn)相比更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)是，硬核IP模塊功耗降低了65%，而性能提高了50%，表1列出了Cyclone V FPGA中的硬核IP功能，以及通過(guò)硬核實(shí)現(xiàn)所節(jié)省的資源量。　　

 

　　成熟可靠的收發(fā)器，針對(duì)各種數(shù)據(jù)速率進(jìn)行了優(yōu)化，縮短了調(diào)試時(shí)間

　　Altera的28-nm系列產(chǎn)品引入了模塊化收發(fā)器，支持設(shè)計(jì)人員滿足實(shí)際應(yīng)用的器件性能需求。在Altera所有28-nms FPGA系列中，這種收發(fā)器使用了相同的基本體系結(jié)構(gòu)，最大工作速率從3.125-Gbps直至28-Gbps。正如Stratix V和Arria V器件一樣，Cyclone V收發(fā)器能夠在幾種不同的速率設(shè)置之間動(dòng)態(tài)切換，可以降速來(lái)降低功耗。這種選擇功能為降低系統(tǒng)平均功耗提供了一種方法，在空閑時(shí)，收發(fā)器工作在最小速率，根據(jù)需要切換到高速工作。

　　如果I/O擴(kuò)展等應(yīng)用只需要5-Gbps或者速率更低的收發(fā)器，那么，不會(huì)出現(xiàn)28-Gbps工作時(shí)大型晶體管那樣的功耗和成本。相反，收發(fā)器以最低功耗和最低成本實(shí)現(xiàn)了3.125-Gbps和5-Gbps性能，Cyclone V FPGA系列能夠很好的適應(yīng)設(shè)計(jì)。與Stratix V和Arria V器件中的收發(fā)器相似，Cyclone V FPGA收發(fā)器支持多種協(xié)議，包括，3G SDI、千兆以太網(wǎng)(GbE)、CPRI、Display Port、PCIe、Serial ATA (SATA)和Serial RapidIO®等。Altera收發(fā)器信號(hào)完整性以及通過(guò)收發(fā)器工具包實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)調(diào)試功能，能夠節(jié)省數(shù)星期的電路板開發(fā)和調(diào)試時(shí)間。

　　f 關(guān)于收發(fā)器工具包的詳細(xì)信息，請(qǐng)參考Altera網(wǎng)站的收發(fā)器工具包頁(yè)面。

　　僅采用兩種電壓軌，簡(jiǎn)化了電源分配，降低了成本

　　在所有低成本FPGA中，Cyclone V FPGA需要的電壓軌數(shù)量最少。它們有內(nèi)置片內(nèi)電壓穩(wěn)壓器，因此，您只需要使用兩種電壓軌來(lái)同時(shí)支持邏輯和收發(fā)器電源。這樣，可以不需要板上電壓穩(wěn)壓器，避免了布線擁塞，減少了所需的電路板層數(shù)，從而簡(jiǎn)化了電路板設(shè)計(jì)。競(jìng)爭(zhēng)器件至少需要三種電壓軌來(lái)支持內(nèi)核、I/O和收發(fā)器邏輯。額外的電源軌需要增加元件以及PCB面積，還可能會(huì)帶來(lái)布線擁塞問(wèn)題，因此，在您的電路板開發(fā)預(yù)算中，成本可能會(huì)增加10到30美元。

　　fPLL可合成任意頻率，不需要額外的振蕩器

　　Altera 28-nm器件的通用鎖相環(huán)是fPLL，它具有高級(jí)分段式頻率合成以及M/N頻率實(shí)現(xiàn)功能。在標(biāo)準(zhǔn)PLL中，M和N值都是整數(shù)。Altera采用了delta-sigma調(diào)制器，并在反饋通路中使用了32位M和N值，支持反饋M分頻器采用分段值。這支持實(shí)現(xiàn)精確的頻率合成功能。能夠合成任意時(shí)鐘頻率，fPLL可以替代電路板上的振蕩器，從而降低了電路板成本，減小了電路板面積。

　　智能引腳布局提高了可布線能力，縮短了調(diào)試時(shí)間

　　Cyclone V FPGA以最低的開發(fā)成本提供最好的信號(hào)完整性。采用了常規(guī)棋盤式電源和地模式，簡(jiǎn)化了布板。此外，器件左側(cè)是常規(guī)的收發(fā)器布局，并進(jìn)行重復(fù)，而接收器總是在外部，從而實(shí)現(xiàn)了最佳信號(hào)完整性。還盡量遠(yuǎn)離收發(fā)器放置存儲(chǔ)器I/O引腳，相對(duì)于收發(fā)器進(jìn)行屏蔽。Altera的方法是，首先通過(guò)避免引腳布局問(wèn)題，減少在耗時(shí)的調(diào)試過(guò)程上的投入。