Altera Cyclone IV GX系列FPGA開發(fā)方案

Altera 公司的Cyclone IV 系列FPGA包括兩個(gè)系列:Cyclone IV E和Cyclone IV GX,具有低成本、低功耗的FPGA 架構(gòu),6 K 到150 K 的邏輯單元,高達(dá)6.3 Mb 的嵌入式存儲(chǔ)器,小于1.5 W 的總功耗;Cyclone IV GX 器件提供高達(dá)八個(gè)3.125 Gbps高速收發(fā)器,用于大批量，成本敏感的應(yīng)用如無(wú)線、有線、廣播、工業(yè)，用戶以及通信等行業(yè).本文介紹了Cyclone IV 器件系列主要特性,收發(fā)器通道框圖以及Cyclone IV GX FPGA開發(fā)套件主要特性,框圖,電路圖和材料清單.

Altera 新的Cyclonereg;IV 系列 FPGA 器件鞏固了Cyclone 系列在低成本、低功耗FPGA市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)地位，并且目前提供集成收發(fā)器功能的型號(hào)。Cyclone IV 器件旨在用于大批量，成本敏感的應(yīng)用，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)師在降低成本的同時(shí)又能夠滿足不斷增長(zhǎng)的帶寬要求。

Cyclone IV 器件系列是建立在一個(gè)優(yōu)化的低功耗工藝基礎(chǔ)之上，并提供以下兩種型
號(hào)：

■ Cyclone IV E— 最低的功耗，通過最低的成本實(shí)現(xiàn)較高的功能性

■ Cyclone IV GX— 最低的功耗，集成了3.125 Gbps 收發(fā)器的最低成本的FPGA

Cyclone IV 器件集成了一個(gè)可選擇的低成本收發(fā)器，在未影響性能的情況下，節(jié)省了功耗及成本。針對(duì)無(wú)線、有線、廣播、工業(yè)，用戶以及通信等行業(yè)中的低成本的小型應(yīng)用，Cyclone IV 器件無(wú)疑是最理想的選擇。

Cyclone IV 器件系列主要特性:

■ 低成本、低功耗的FPGA 架構(gòu)：

■ 6 K 到150 K 的邏輯單元

■ 高達(dá)6.3 Mb 的嵌入式存儲(chǔ)器

■ 高達(dá)360 個(gè)18 × 18 乘法器，實(shí)現(xiàn)DSP 處理密集型應(yīng)用

■ 協(xié)議橋接應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)小于1.5 W 的總功耗

■ Cyclone IV GX 器件提供高達(dá)八個(gè)高速收發(fā)器以支持：

■ 高達(dá)3.125 Gbps 的數(shù)據(jù)速率

■ 8B/10B 編碼器/ 解碼器

■ 8-bit 或者10-bit 位物理介質(zhì)附加子層(PMA) 到物理編碼子層(PCS) 接口

■ 字節(jié)串化器/ 解串器(SERDES)

■ 字對(duì)齊器

■ 速率匹配FIFO

■ 公共無(wú)線電接口(CPRI) 的TX 位滑塊

■ 電路空閑

■ 動(dòng)態(tài)通道重配置以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)速率及協(xié)議的即時(shí)修改

■ 靜態(tài)均衡及預(yù)加重以實(shí)現(xiàn)最佳的信號(hào)完整性

■ 每通道150 mW 的功耗

■ 靈活的時(shí)鐘結(jié)構(gòu)以支持單一收發(fā)器模塊中的多種協(xié)議

■ Cyclone IV GX 器件對(duì)PCI Express (PIPE)(PCIe)Gen 1 提供了專用的硬核IP：

■ ×1,×2, 和×4 通道配置

■ 終點(diǎn)和根端口配置

■ 高達(dá)256-byte 的有效負(fù)載

■ 一個(gè)虛擬通道

■ 2 KB 重試緩存

■ 4 KB 接收(Rx) 緩存

■ Cyclone IV GX 器件提供多種協(xié)議支持：

■ PCIe (PIPE) Gen 1×1,×2, 和×4 (2.5 Gbps)

■ 千兆以太網(wǎng)(1.25 Gbps)

■ CPRI ( 高達(dá)3.072 Gbps)

■ XAUI (3.125 Gbps)

■ 三倍速率串行數(shù)字接口(SDI）( 高達(dá)2.97 Gbps)

■ 串行RapidIO(3.125 Gbps)

■ Basic 模式( 高達(dá)3.125 Gbps)

■ V-by-One( 高達(dá)3.0 Gbps)

■ DisplayPort(2.7 Gbps)

■ 串行高級(jí)技術(shù)附件(Serial Advanced Technology Attachment (SATA))( 高達(dá)3.0 Gbps)

■ OBSAI( 高達(dá)3.072 Gbps)

■ 高達(dá)532 個(gè)用戶I/O

■ 高達(dá)840 Mbps 發(fā)送器(Tx), 875 Mbps Rx 的LVDS 接口

■ 支持高達(dá)200 MHz 的DDR2 SDRAM 接口

■ 支持高達(dá)167 MHz 的QDRII SRAM 和DDR SDRAM

■ 每器件中高達(dá)8 個(gè)鎖相環(huán)(PLLs)

■ 支持商業(yè)與工業(yè)溫度等級(jí)

Cyclone IV 器件系列體系結(jié)構(gòu)

這一部分介紹了Cyclone IV 器件的體系結(jié)構(gòu)，其中包括以下幾方面內(nèi)容：

■ FPGA 核心架構(gòu)

■ I/O 特性

■ 時(shí)鐘管理

■ 外部存儲(chǔ)器接口

■ 配置

■ 高速收發(fā)器( 僅適用于Cyclone IV GX 器件)

■ PCI Express 的硬核IP( 僅適用于Cyclone IV GX 器件)

FPGA 核心架構(gòu)

Cyclone IV 器件采用了與成功的Cyclone 系列器件相同的核心架構(gòu)。這一架構(gòu)包括由四輸入查找表(LUTs) 構(gòu)成的LE, 存儲(chǔ)器模塊以及乘法器。

每一個(gè)Cyclone IV 器件的M9K 存儲(chǔ)器模塊都具有9 Kbit 的嵌入式SRAM 存儲(chǔ)器。您可以把M9K 模塊配置成單端口、簡(jiǎn)單雙端口、真雙端口RAM 以及FIFO 緩沖器或者ROM，通過配置也可以實(shí)現(xiàn)表1-7 中的數(shù)據(jù)寬度。

Cyclone IV 器件中的乘法器體系結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的Cyclone 系列器件是相同的。嵌入式乘法器模塊可以在單一模塊中實(shí)現(xiàn)一個(gè)18 × 18 或兩個(gè) 9 × 9 乘法器。Altera 針對(duì)乘法器模塊的使用提供了一整套的DSP IP，其中包括有限脈沖響應(yīng)(FIR)， 快速傅里葉變換(FFT) 和數(shù)字控制震蕩器(NCO) 功能。Quartusreg;II 設(shè)計(jì)軟件中的DSP Builder 工具集成了MathWorks Simulink 與MATLAB 設(shè)計(jì)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)了一體化的DSP 設(shè)計(jì)流程。

圖1.Cyclone IV GX 器件的收發(fā)器通道框圖