Altera Cyclone IV系列FPGA解决方案详解

2012-04-10 19:40:14 来源:互联网
标签:

 Altera 公司的Cyclone IV 系列FPGA包括两个系列:Cyclone IV E和Cyclone IV GX,具有低成本、低功耗的FPGA 架构,6 K 到150 K 的逻辑单元,高达6.3 Mb 的嵌入式存储器,小于1.5 W 的总功耗;Cyclone IV GX 器件提供高达八个3.125 Gbps高速收发器,用于大批量,成本敏感的应用如无线、有线、广播、工业,用户以及通信等行业.本文介绍了Cyclone IV 器件系列主要特性,收发器通道框图以及Cyclone IV GX FPGA开发套件主要特性,框图,电路图和材料清单.

Altera 新的Cyclone®IV 系列 FPGA 器件巩固了Cyclone 系列在低成本、低功耗FPGA市场的领导地位,并且目前提供集成收发器功能的型号。Cyclone IV 器件旨在用于大批量,成本敏感的应用,使系统设计师在降低成本的同时又能够满足不断增长的带宽要求。

Cyclone IV 器件系列是建立在一个优化的低功耗工艺基础之上,并提供以下两种型
号:

■ Cyclone IV E— 最低的功耗,通过最低的成本实现较高的功能性

■ Cyclone IV GX— 最低的功耗,集成了3.125 Gbps 收发器的最低成本的FPGA

Cyclone IV 器件集成了一个可选择的低成本收发器,在未影响性能的情况下,节省了功耗及成本。针对无线、有线、广播、工业,用户以及通信等行业中的低成本的小型应用,Cyclone IV 器件无疑是最理想的选择。

Cyclone IV 器件系列主要特性:

■ 低成本、低功耗的FPGA 架构:

■ 6 K 到150 K 的逻辑单元

■ 高达6.3 Mb 的嵌入式存储器

■ 高达360 个18 × 18 乘法器,实现DSP 处理密集型应用

■ 协议桥接应用,实现小于1.5 W 的总功耗

■ Cyclone IV GX 器件提供高达八个高速收发器以支持:

■ 高达3.125 Gbps 的数据速率

■ 8B/10B 编码器/ 解码器

■ 8-bit 或者10-bit 位物理介质附加子层(PMA) 到物理编码子层(PCS) 接口

■ 字节串化器/ 解串器(SERDES)

■ 字对齐器

■ 速率匹配FIFO

■ 公共无线电接口(CPRI) 的TX 位滑块

■ 电路空闲

■ 动态通道重配置以实现数据速率及协议的即时修改

■ 静态均衡及预加重以实现最佳的信号完整性

■ 每通道150 mW 的功耗

■ 灵活的时钟结构以支持单一收发器模块中的多种协议

■ Cyclone IV GX 器件对PCI Express (PIPE)(PCIe)Gen 1 提供了专用的硬核IP:

■ ×1,×2, 和×4 通道配置

■ 终点和根端口配置

■ 高达256-byte 的有效负载

■ 一个虚拟通道

■ 2 KB 重试缓存

■ 4 KB 接收(Rx) 缓存

■ Cyclone IV GX 器件提供多种协议支持:

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

■ 千兆以太网(1.25 Gbps)

■ CPRI ( 高达3.072 Gbps)

■ XAUI (3.125 Gbps)

■ 三倍速率串行数字接口(SDI)( 高达2.97 Gbps)

■ 串行RapidIO(3.125 Gbps)

■ Basic 模式( 高达3.125 Gbps)

■ V-by-One( 高达3.0 Gbps)

■ DisplayPort(2.7 Gbps)

■ 串行高级技术附件(Serial Advanced Technology Attachment (SATA))( 高达3.0 Gbps)

■ OBSAI( 高达3.072 Gbps)

■ 高达532 个用户I/O

■ 高达840 Mbps 发送器(Tx), 875 Mbps Rx 的LVDS 接口

■ 支持高达200 MHz 的DDR2 SDRAM 接口

■ 支持高达167 MHz 的QDRII SRAM 和DDR SDRAM

■ 每器件中高达8 个锁相环(PLLs)

■ 支持商业与工业温度等级

Cyclone IV 器件系列体系结构

这一部分介绍了Cyclone IV 器件的体系结构,其中包括以下几方面内容:

■ FPGA 核心架构

■ I/O 特性

■ 时钟管理

■ 外部存储器接口

■ 配置

■ 高速收发器( 仅适用于Cyclone IV GX 器件)

■ PCI Express 的硬核IP( 仅适用于Cyclone IV GX 器件)

FPGA 核心架构

Cyclone IV 器件采用了与成功的Cyclone 系列器件相同的核心架构。这一架构包括由四输入查找表(LUTs) 构成的LE, 存储器模块以及乘法器。

每一个Cyclone IV 器件的M9K 存储器模块都具有9 Kbit 的嵌入式SRAM 存储器。您可以把M9K 模块配置成单端口、简单双端口、真双端口RAM 以及FIFO 缓冲器或者ROM,通过配置也可以实现表1-7 中的数据宽度。

Cyclone IV 器件中的乘法器体系结构与现有的Cyclone 系列器件是相同的。嵌入式乘法器模块可以在单一模块中实现一个18 × 18 或两个 9 × 9 乘法器。Altera 针对乘法器模块的使用提供了一整套的DSP IP,其中包括有限脉冲响应(FIR), 快速傅里叶变换(FFT) 和数字控制震荡器(NCO) 功能。Quartus®II 设计软件中的DSP Builder 工具集成了MathWorks Simulink 与MATLAB 设计环境,从而实现了一体化的DSP 设计流程。

图1.Cyclone IV GX 器件的收发器通道框图

Altera Cyclone IV GX FPGA开发套件

Altera® Cyclone® IV GX FPGA开发套件为迅速开始开发低成本、低功耗FPGA系统级设计提供了全面的、同类最佳的设计环境。该套件帮助您缩短了产品开发周期,使您能够更迅速的将产品推向市场,树立新的产品里程碑。采用这一平台,您能够:

使用Cyclone IV GX PCI Express硬核知识产权(IP)和PCI-SIG®兼容电路板,开发并测试PCI Express® Gen1 x1、x2、x4端点设计。

使用板上DDR2存储器,通过其扩展功能,高速中间链接卡(HSMC)连接器,开发并测试多通路协议桥接设计。Altera合作伙伴提供30多种不同的HSMC,以及CPRI、SATA和SDI等支持协议。

重新使用套件电路板测试系统提供的实例设计,加速您的FPGA设计。

针对您产品的低成本和低功耗电路板,使用套件的主板作为设计模型。

Cyclone IV GX FPGA开发套件包括:

Cyclone IV GX FPGA开发板(参见图1)

安装的器件

F896封装的Cyclone IV GX EP4CGX150N FPGA

配置状态和设置单元

通过MAX® II EPM2210 CPLD和闪存进行被动串行(PS)配置

使用Quartus®II编程器的板上USB-BlasterTM下载电缆

时钟

板上时钟振荡器:50 MHz、100 MHz(可设置)和125 MHz

用于外部时钟输入的SMA连接器

用于时钟输出的SMA连接器

通用用户输入和输出

LED

LCD显示屏

按键和双列直插封装(DIP)开关

存储器件

128-MB DDR2 SDRAM,支持32位数据总线。

64-MB同步闪存和4-MB SSRAM

元件和接口

PCI Express边沿连接器

10/100/1000-Mbps以太网PHY,提供RJ-45连接器。

两个HSMC连接器

电源测量电路

电源

笔记本计算机直流输入

PCI Express边沿连接器电源

其他特性

PCI Express短卡

符合RoHS

Cyclone IV GX FPGA开发套件软件组成(可以通过表2下载)

设计实例

电路板更新入口,含有Nios®II处理器网络服务器,支持远程系统更新。

电路板测试系统

完整的文档(参见表2)

免费的Quartus II网络版软件,包括对Cyclone IV FPGA的支持,以及:

Nios II嵌入式设计套装

MegaCore®IP库包括PCI Express、三速以太网、SDI和DDR2高性能控制器MegaCore IP内核

通过OpenCore Plus进行IP评估

回环和调试HSMC

电源适配器和电缆

图2.Cyclone IV GX FPGA开发套件外形图和主要元件分布图

The board features the following major component blocks:

■ Cyclone IV GX EP4CGX150DF31 FPGA in the 896-pin FineLine BGA (FBGA)package

■ 1.2-V core power

■ MAX® II EPM2210GF256 CPLD in the 256-pin FBGA package

■ 1.8-V core power

■ FPGA configuration circuitry

■ MAX II CPLD EPM2210 System Controller and flash fast passive parallel (FPP) configuration

■ Active serial configuration

■ On-board USB-BlasterTM for use with the Quartus® II Programmer

■ JTAG header for external USB-Blaster with the Quartus II Programmer

■ On-Board ports

■ Embedded USB-Blaster

■ One gigabit Ethernet port

■ Communication ports

■ PCI Express (PCIe) edge connector

■ 10/100/1000BASE-T Ethernet PHY with RJ-45 connector

■ Two High-Speed Mezzanine Card (HSMC) interfaces

■ On-Board memory

■ 4-MB (x16) Synchronous Static Random Access Memory (SSRAM)

■ Two 32-MB (x32) DDR2 SDRAM

■ 64-MB flash

■ On-Board clocking circuitry

■ 50.000-MHz oscillator

■ 125.000-MHz oscillator

■ SMA clock input

■ SMA clock output

■ Programmable oscillator (default: 100.000-MHz)

■ General user I/O

■ LEDs and display

■ Eight FPGA user LEDs

■ One configuration done LED

■ One error LED

■ Five Ethernet status LEDs

■ One USB status LED

■ One power status LED

■ Five configuration LEDs

■ A two-line 16-character LCD display

■ Push-Button switches

■ One CPU reset push-button switch

■ One MAX II configuration reset push-button switch

■ One program-load push-button switch—configure the FPGA from flash memory

■ One program-select push-button switch—select image to load from flash memory or serial configuration (EPCS) device

■ Four general user push-button switches

■ DIP switches

■ Board settings DIP switch

■ JTAG chain select DIP switch

■ PCIe control DIP switch

■ Configuration settings DIP switch

■ User DIP switch

■ Power supply

■ 16-V DC input

■ 2.5-mm barrel jack for DC power input

■ On/Off slide power switch

■ On-Board power measurement circuitry

■ 20-W per HSMC interface

■ Mechanical

■ PCIe small form factor board

■ Bench-top operation

图3.Cyclone IV GX FPGA 开发板方框图

 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
一文读懂BGA信号布线技术

球栅阵列(BGA)封装是目前FPGA和微处理器等各种高度先进和复杂的半导体器件采用的标准封装类型。用于嵌入式设计的BGA封装技术在跟随芯片制造商的技术发展而不断进步,这类封装一般分成标准和微型BGA两种。

赛灵思收购深鉴科技,一切为了云+端AI?

对于此次收购,赛灵思的解读是赛灵思从FPGA器件向自适应计算加速平台提供商演变的战略,就是要加速从云到端应用上FPGA 加速技术的部署,经深鉴科技优化的神经网络剪枝技术运行在赛灵思FPGA 器件上,可实现突破性的性能和行业最佳的能效,这是赛灵思新CEO继ACAP三月的发布会后,提升机器学习研发能力,推进战略发展的重大一步。

深鉴科技被赛灵思收购,给AI创业者敲响警钟

我第一次见深鉴科技的团队是在安创空间的大赛上,这个团队非常年轻,团队的成员姚颂、单羿、汪玉、韩松等一水的清华系,非常吸引人眼球,都说投资人看创业团队就是看创始人,这个团队果然不负众望,拿下了那一届创业大赛的第一名,后来就顺风顺水地站上了媒体的风口浪尖,多轮大额融资给AI创业者打了一针针鸡血。

FPGA的边沿触发和电平触发中断模式

边沿触发用的很少,一般还是以下降沿触发为主。当设备完成一个数据后,会输出一个下降沿,触发处理器。而电平触发,是输出一个电平,并且会保持这个电平, 至到系统处理或者清除该中断后才会输出另外的电平。

基于FPGA实现数字控制技术的程控直流变换器设计

传统变换器采用模拟硬件实现闭环反馈控制,获得稳定的电压和电流输出。模拟控制实时反应系统状态,响应速度较快,然而在测试技术领域和仪器产品中,模拟系统稳定性不能满足实际需要。为了获得高稳定性能,需要添加大量元器件进行环路补偿。

更多资讯
Xilinx拿下深鉴科技,到底看中了什么?
Xilinx拿下深鉴科技,到底看中了什么?

自适应和智能计算的全球领导企业赛灵思公司(Xilinx, Inc.,(NASDAQ:XLNX))今天宣布已经完成对深鉴科技的收购。深鉴科技是一家总部位于北京的初创企业,拥有业界领先的机器学习能力,专注于神经网络剪枝、深度压缩技术及系统级优化。

云计算究竟如何革新传统行业?

随着互联网的发展和市场需求推动,云计算技术正在逐渐步入成熟化阶段,其使用范围越来越广,对各行各业带来了巨大的推进作用。很多人好奇云计算究竟是如何革新传统行业的,今天千锋云计算培训老师就来给大家分析一下。

可见性是端点建模的关键指标

目前,业界很多组织正在考虑将IT资源向公有云服务中迁移,如亚马逊、微软、谷歌和其他公有云服务提供商,云计算能够带来更高的资本效率、业务敏捷性和企业可扩展性等前景使得这一举措获得企业的青睐。

一些PLC编程经验分享
一些PLC编程经验分享

TON 使能=1计数,计数到设定值时(一直计数到32767),定时器位=1。使能=0复位(定时器位=0)。

高云半导体广州总部启用暨校企合作研讨会

中国广州,2018年7月10日,广东高云半导体科技股份有限公司(以下简称“高云半导体”)于7月10日在广州科学城总部经济区科学大道243号A5栋10楼举行总部启用暨校企合作研讨会,中山大学、华南理工大学、山东大学、广东工业大学,广州国家现代服务业集成电路设计产业化基地等高校代表与基地参加了研讨。

Moore8直播课堂