基于FMC標準的FPGA夾層卡I/O設計與分析

　　除了 68 個(gè)用戶(hù)定義的單端信號或者 34 個(gè)用戶(hù)定義的差分對外，LPC 連接器還提供了 1 個(gè)串行收發(fā)器對、時(shí)鐘、JTAG 接口和 1 個(gè)作為基礎智能平臺管理接口 (IPMI) 命令可選支持的 I2C 接口。而 HPC 連接器則提供了 160 個(gè)用戶(hù)定義的單端信號(或者 80 個(gè)用戶(hù)定義的差分對)、10 個(gè)串行收發(fā)器對以及更多時(shí)鐘。

　　HPC 和 LPC 連接器都使用相同的機械式連接器，唯一的差別在于實(shí)際上移植哪些信號，因此采用 LPC 連接器的卡也能插入 HPC 處，而且只要適當設計，HPC 卡在插入 LPC 處時(shí)還能提供諸多派生功能。

　　圖 2 顯示的是賽靈思的一個(gè)實(shí)例板，該板采用了 Virtex'-6 FPGA和兩種 FMC連接器(一個(gè) LPC 和一個(gè) HPC)。

　　圖 2：ML605 評估板

　　FMC 標準支持眾多現有的業(yè)界標準載卡尺寸，包括 VME、CompactPCI、VXS、VPX、VPX-REDI、CompactPCI Express、AdvancedTCA 以及 AMC 等。FMC標準還定義了一系列環(huán)境配置，包括低成本商用級尺寸乃至強化的傳導式散熱選項。

　　FMC的市場(chǎng)機會(huì )

　　將 FMC 標準和 FPGA 的多樣性結合在一起，可帶來(lái)一系列有趣的市場(chǎng)和應用商機。航空與國防、醫療、工業(yè)、電信、視頻及其它等市場(chǎng)通常高度依靠 FPGA來(lái)實(shí)現其數字信號處理 (DSP) 性?xún)r(jià)比優(yōu)勢，并滿(mǎn)足各種不同的 I/O 要求。不過(guò)，過(guò)去每個(gè)市場(chǎng)及給定市場(chǎng)中的每個(gè)應用都需要不同的板設計。

　　FMC 標準的出現將板設計進(jìn)行了模塊化，分為處理引擎(載卡)和 I/O 引擎(FMC 模塊)兩大部分。設計人員現在能重復利用單個(gè)載卡(包括一個(gè)或多個(gè)FPGA 以及適當數量和類(lèi)型的 FMC 連接器和板)作為多種不同市場(chǎng)和應用的基礎。此外，借助性能更高、功能更強的新型 FPGA 產(chǎn)品，設計人員能在確保與現有 FMC 模塊全面兼容的同時(shí)輕松升級到新載卡。

　　粗略看看上述部分市場(chǎng)的尺寸、I/O 及處理要求，我們能看出問(wèn)題的所在。舉例來(lái)說(shuō)，廣播視頻應用通常需要接入 4 個(gè)或更多 SDI 連接器、10 Gb 以太網(wǎng)及其它收發(fā)器連接器;就無(wú)線(xiàn)基站應用而言，基帶處理通常采用處理速度達 3.12510 Gb/s、尺寸為 ATCA/AMC 的板，這就需要將 FPGA 和傳統 DSP 進(jìn)行組合，并在無(wú)線(xiàn)電前端上采用高速 I/O(100500 MHz、1216 位分辨率);航空與國防市場(chǎng)傾向于采用 VME 和 cPCI 尺寸的板，但處理要求大不相同。舉例來(lái)說(shuō)，雷達處理的采樣率類(lèi)似于無(wú)線(xiàn)電應用，但通常分辨率更高。而軍事衛星基站應用通常使用更高的采樣率，但分辨率較低(814 位)。

　　顯然，單就我們所說(shuō)的少數一些應用而言，處理和 I/O 要求就已經(jīng)千差萬(wàn)別了，因此我們可以想象，采用 FPGA 的各種不同應用會(huì )有多大不同的需求。盡管我們比較清楚地了解了這些應用的不同處理要求，且得到了成熟板行業(yè)提供的豐富的硬件解決方案的支持，但此前工程師們不得不花費大量寶貴的設計時(shí)間來(lái)創(chuàng )建定制硬件或處理復雜(經(jīng)常也是不必要的)總線(xiàn)協(xié)議問(wèn)題。

　　FMC 標準將 FPGA 與 I/O 引擎相分離，從而解決了上述問(wèn)題。它使設計人員能從專(zhuān)門(mén)支持其終端應用的大量 COTS 產(chǎn)品中選擇適當尺寸的適當處理引擎和適當的 I/O 引擎。此外，FMC 標準還使廠(chǎng)商能為評估和開(kāi)發(fā)創(chuàng )建統一的系統，隨后還能量產(chǎn)部署，從而大幅降低成本，并顯著(zhù)縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間。
總結

　　FMC 標準是 FPGA 開(kāi)發(fā)人員設計開(kāi)發(fā)選擇中的一大轉變。從事微處理器和傳統 DSP 設計工作的設計人員幾十年來(lái)一直受益于可擴展開(kāi)發(fā)解決方案的靈活性?xún)?yōu)勢，而現在，FMC 標準則為 FPGA 領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)了模塊化設計的強大實(shí)力。

　　COTS 板廠(chǎng)商通過(guò)重復使用硬件設計，可加速并簡(jiǎn)化產(chǎn)品設計工作，進(jìn)而大幅降低產(chǎn)品開(kāi)銷(xiāo)。這種高效性不僅有助于我們?yōu)楦鄳猛瞥龈玫漠a(chǎn)品，使客戶(hù)專(zhuān)注于實(shí)現其產(chǎn)品獨特的差異化，而且還能加速解決方案的市場(chǎng)部署