基于FMC標準的FPGA夾層卡I/O設計與分析
面對似乎層出不窮的新 I/O 標準,目前嵌入式系統(tǒng)設計人員繼續(xù)依靠 FPGA 來部署系統(tǒng)日益重要的外部 I/O 接口,這點絲毫不足為奇。FPGA 可提供大量可配置的 I/O,能在適當 IP 基礎上支持幾乎無限多種高度復雜的 I/O 標準。設計人員還能用 FPGA 執(zhí)行流內(nèi) (in-stream) 數(shù)據(jù)處理,甚至以數(shù)千兆位級信號傳輸速率和帶寬運行的協(xié)議。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/148420.htmFPGA 能夠靈活適應 I/O 要求變化。FPGA 經(jīng)重配置(除了替換物理 I/O 組件和連接器外基本無需其它更改)后,便可部署新的協(xié)議。如果 I/O 不是實施在夾層模塊上的話,那么這就意味著需要修改板的設計。為了避免設計更改造成成本和工作量的增加,設計人員以前一直采用 PCI 夾層卡 (PMC) 和交換夾層卡 (XMC) 標準。不過,上述標準是十多年前針對單板計算機 (SBC) 等通用解決方案而并非 FPGA 開發(fā)的。2008 年 7 月,情況發(fā)生了變化,美國國家標準學會 (ANSI) 批準發(fā)布了 VITA 57 FPGA 夾層卡 (FMC) 標準。
FMC 標準由包括 FPGA 廠商和最終用戶在內(nèi)的公司聯(lián)盟開發(fā),旨在為基礎板(載卡)上的 FPGA 提供標準的夾層卡尺寸、連接器和模塊接口。通過這種方式將 I/O 接口與 FPGA 分離,不僅簡化了 I/O 接口模塊設計,同時還最大化了載卡的重復利用率。與使用 PCI、PCI-X、PCIe 或 Serial RapidIO 等復雜接口連接到載卡的 PMC 和 XMC 標準不同,FMC 標準只要求核心 I/O收發(fā)器電路直接連接至載卡上的 FPGA 即可。
這樣做能夠提高效率,進而帶來諸多顯著優(yōu)勢:
數(shù)據(jù)吞吐量:支持高達 10 Gb/s 的信號傳輸速率,夾層卡和載卡之間潛在總帶寬達 40 Gb/s。
時延:消除了協(xié)議開銷,避免了時延問題,確保確定性數(shù)據(jù)交付。
簡化設計:無需了解 PCI、PCI Express 或 Serial RapidIO 等協(xié)議標準的專業(yè)技術。
系統(tǒng)開銷:通過簡化系統(tǒng)設計降低了功耗,縮短了工程設計時間,并縮減了IP 核及材料成本。
設計重復使用:不管是采用定制的內(nèi)部板設計還是商用成品 (COTS) 夾層卡或載卡,F(xiàn)MC 標準有助于將現(xiàn)有的 FPGA / 載卡設計重新用到新的 I/O 上,而這只需更換 FMC 模塊并對 FPGA 設計略作調(diào)整即可。
FMC 標準的亮點
FMC標準定義了單寬度(69 毫米 x 76.5 毫米) 和雙寬度(139 毫米 x 76.5 毫米)兩種尺寸。單寬度模塊支持到載卡的單個連接器。雙寬度模塊主要面向需要更高帶寬、更大前面板空間或較大PCB 面積的應用,支持多達兩個連接器。FMC 標準提供兩種尺寸,能夠更加靈活地根據(jù)空間、I/O 要求或者這兩者的要求對板進行精心優(yōu)化。圖 1 給出了 FMC 載卡及多種 FMC 夾層卡示意圖。
圖 1:FMC 載卡和多種 FMC 夾層卡
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