基于FMC標準的FPGA夾層卡I/O設(shè)計與分析

　　除了 68 個用戶定義的單端信號或者 34 個用戶定義的差分對外，LPC 連接器還提供了 1 個串行收發(fā)器對、時鐘、JTAG 接口和 1 個作為基礎(chǔ)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 個用戶定義的單端信號(或者 80 個用戶定義的差分對)、10 個串行收發(fā)器對以及更多時鐘。

　　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(shè)計，HPC 卡在插入 LPC 處時還能提供諸多派生功能。

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

　　圖 2：ML605 評估板

　　FMC 標準支持眾多現(xiàn)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的市場機會

　　將 FMC 標準和 FPGA 的多樣性結(jié)合在一起，可帶來一系列有趣的市場和應用商機。航空與國防、醫(yī)療、工業(yè)、電信、視頻及其它等市場通常高度依靠 FPGA來實現(xiàn)其數(shù)字信號處理 (DSP) 性價比優(yōu)勢，并滿足各種不同的 I/O 要求。不過，過去每個市場及給定市場中的每個應用都需要不同的板設(shè)計。

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

　　粗略看看上述部分市場的尺寸、I/O 及處理要求，我們能看出問題的所在。舉例來說，廣播視頻應用通常需要接入 4 個或更多 SDI 連接器、10 Gb 以太網(wǎng)及其它收發(fā)器連接器;就無線基站應用而言，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(tǒng) DSP 進行組合，并在無線電前端上采用高速 I/O(100500 MHz、1216 位分辨率);航空與國防市場傾向于采用 VME 和 cPCI 尺寸的板，但處理要求大不相同。舉例來說，雷達處理的采樣率類似于無線電應用，但通常分辨率更高。而軍事衛(wèi)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，單就我們所說的少數(shù)一些應用而言，處理和 I/O 要求就已經(jīng)千差萬別了，因此我們可以想象，采用 FPGA 的各種不同應用會有多大不同的需求。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(shè)計時間來創(chuàng)建定制硬件或處理復雜(經(jīng)常也是不必要的)總線協(xié)議問題。

　　FMC 標準將 FPGA 與 I/O 引擎相分離，從而解決了上述問題。它使設(shè)計人員能從專門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?shù)?I/O 引擎。此外，F(xiàn)MC 標準還使廠商能為評估和開發(fā)創(chuàng)建統(tǒng)一的系統(tǒng)，隨后還能量產(chǎn)部署，從而大幅降低成本，并顯著縮短了產(chǎn)品上市時間。
總結(jié)

　　FMC 標準是 FPGA 開發(fā)人員設(shè)計開發(fā)選擇中的一大轉(zhuǎn)變。從事微處理器和傳統(tǒng) DSP 設(shè)計工作的設(shè)計人員幾十年來一直受益于可擴展開發(fā)解決方案的靈活性優(yōu)勢，而現(xiàn)在，F(xiàn)MC 標準則為 FPGA 領(lǐng)域的開發(fā)人員帶來了模塊化設(shè)計的強大實力。

　　COTS 板廠商通過重復使用硬件設(shè)計，可加速并簡化產(chǎn)品設(shè)計工作，進而大幅降低產(chǎn)品開銷。這種高效性不僅有助于我們?yōu)楦鄳猛瞥龈玫漠a(chǎn)品，使客戶專注于實現(xiàn)其產(chǎn)品獨特的差異化，而且還能加速解決方案的市場部署