FMC子卡互聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)V1.0_20110718

1、北京太速科技有限公司 目 錄引言1一、簡(jiǎn)敘 FMC標(biāo)準(zhǔn)1二、FMC標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)1三、FMC標(biāo)準(zhǔn)的尺寸及其對(duì)應(yīng)使用的連接器2四、設(shè)計(jì)研發(fā)產(chǎn)生的背景2（一）傳統(tǒng)FMC單寬度子板的介紹2（二）標(biāo)準(zhǔn)子卡的缺陷4五、基于CPCI載板與FMC子卡互聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4（一）本規(guī)范的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)4（二）本規(guī)范的幾何定義5六、幾種應(yīng)用實(shí)例8（一）基于FMC接口的AD、DA子卡模塊8（二）基于FMC接口的2路CameraLink輸入/輸出子卡模塊9（三）兼容xilinx公司開發(fā)板設(shè)計(jì)-基于FMC接口的DSP10（四）基于CPCI-FMC架構(gòu)的FPGA（型號(hào)EP3C40F484）中低端產(chǎn)品驗(yàn)證平臺(tái)12北京太速科技有限公司FM

2、C子卡互聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)V1.0_20110718引言：隨著市場(chǎng)需求的多元化，針對(duì)復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)提出了更高的要求，不難看到很多時(shí)候當(dāng)某些具體的小功能要求發(fā)生了變化，一塊功能龐大的電路版就造成了資源浪費(fèi)，而且也造成了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失。基于CPCI載板與FMC子卡互聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅可以實(shí)現(xiàn)用戶需求的多種獨(dú)立單項(xiàng)功能，而且還打破了對(duì)子卡PCB板的元件面積的限制，使得設(shè)計(jì)工作更加靈活；特別是針對(duì)帶CPU的接口處理板的子卡，來(lái)滿足用戶的不同要求。關(guān)鍵字：FMC標(biāo)準(zhǔn) CPCI載板 標(biāo)準(zhǔn)子卡 一、簡(jiǎn)敘 FMC標(biāo)準(zhǔn)FMC標(biāo)準(zhǔn)描述了一個(gè)通用的模塊，它是以一定范圍的應(yīng)用，環(huán)境和市場(chǎng)為目標(biāo)的。該標(biāo)準(zhǔn)由包括 FPGA 廠

3、商和最終用戶在內(nèi)的公司聯(lián)盟開發(fā)，旨在為基礎(chǔ)板(載卡)上的 FPGA 提供標(biāo)準(zhǔn)的夾層板（子卡）尺寸、連接器和模塊接口。通過(guò)這種方式將 I/O 接口與 FPGA 分離，不僅簡(jiǎn)化了 I/O 接口模塊設(shè)計(jì)，同時(shí)還最大化了載卡的重復(fù)利用率。二、FMC標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)FMC 標(biāo)準(zhǔn)與使用 PCI、PCI-X、PCI-E 或 Serial RapidIO 等復(fù)雜接口連接到載卡的 PMC 和 XMC 標(biāo)準(zhǔn)不同，F(xiàn)MC 標(biāo)準(zhǔn)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。FMC子模塊的設(shè)計(jì)，通過(guò)取消固定協(xié)議，最小的系統(tǒng)支持，和靈活的引腳分配，最大限度地減少設(shè)計(jì)的精力和資源。這樣做能夠提高效率，進(jìn)而帶來(lái)諸

4、多顯著優(yōu)勢(shì)：（1）設(shè)計(jì)重復(fù)利用性：不管是采用定制的內(nèi)部板設(shè)計(jì)還是商用成品 (COTS) 子卡或載卡，F(xiàn)MC 標(biāo)準(zhǔn)有助于將現(xiàn)有的 FPGA / 載卡設(shè)計(jì)重新用到新的 I/O 上，而這只需更換 FMC 模塊并對(duì) FPGA 設(shè)計(jì)略作調(diào)整即可。（2）數(shù)據(jù)吞吐量：支持高達(dá) 10 Gb/s 的信號(hào)傳輸速率，子卡和載卡之間潛在總帶寬達(dá) 40 Gb/s。（3）多I/O：提供充足I/O數(shù)量，緊密排列，空間占用少（4）兼容性：標(biāo)準(zhǔn)化的電源，規(guī)范的信號(hào)定義，增加彼此的兼容性（5）穩(wěn)定性：寬面積接觸，采用BGA封裝，增加抗震性能三、FMC標(biāo)準(zhǔn)的尺寸及其對(duì)應(yīng)使用的連接器（1）FMC標(biāo)準(zhǔn)定義了單寬度(69 毫米 x 76

5、.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(gè)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(yīng)用，支持多達(dá)兩個(gè)連接器。FMC 標(biāo)準(zhǔn)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(duì)板進(jìn)行精心優(yōu)化。（2）FMC有兩種不同連接器，以用作標(biāo)準(zhǔn)到載卡上的 FPGA 的接口：一種是具有 160個(gè)引腳的低引腳數(shù) (LPC) 連接器，另一種則是具有 400個(gè)引腳的高引腳數(shù) (HPC) 連接器。這兩種連接器均支持高達(dá) 2Gb/s 的單端和差分信號(hào)傳輸速率，且到 FPGA 串行連接器的信號(hào)傳輸速率高達(dá) 10Gb/s。（

6、3）HPC 和 LPC 連接器都使用相同的機(jī)械式連接器，唯一的差別在于實(shí)際上移植哪些信號(hào)，因此采用 LPC 連接器的卡也能插入 HPC 處，而且只要適當(dāng)設(shè)計(jì)，HPC 卡在插入 LPC 處時(shí)還能提供諸多派生功能。此外，除了 68個(gè)用戶定義的單端信號(hào)或者 34個(gè)用戶定義的差分對(duì)外，LPC 連接器還提供了 1個(gè)串行收發(fā)器、時(shí)鐘、JTAG 接口和 1個(gè)作為基礎(chǔ)智能平臺(tái)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)用戶定義的單端信號(hào)(或者 80個(gè)用戶定義的差分對(duì))、10個(gè)串行收發(fā)器對(duì)以及更多時(shí)鐘。四、設(shè)計(jì)研發(fā)產(chǎn)生的背景（一）傳統(tǒng)FMC單寬度子板的介紹FMC接口

7、（載板、子板）： FMC單寬度子板標(biāo)準(zhǔn)尺寸：（二）標(biāo)準(zhǔn)子卡的缺陷然而，標(biāo)準(zhǔn)子卡69 毫米76.5 毫米的大小規(guī)格，限制了子卡PCB板的元件面積，使得子卡在一些復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)前捉襟見肘，特別是對(duì)于帶CPU的接口處理板，很難滿足要求。因此，提出了此改進(jìn)FMC標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。五、基于CPCI載板與FMC子卡互聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）本規(guī)范的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)本規(guī)范以FMC標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，繼承FMC原有特性和優(yōu)勢(shì)，針對(duì)子卡面積上的不足做出了改進(jìn)。將子卡的面積從69毫米76.5毫米增加至69毫米90毫米，使之能夠滿足EDA對(duì)更大PCB板面積的要求，使得設(shè)計(jì)工作更加靈活，并且依然保持原有的接口兼容特性，特別是與CPCI的完美結(jié)合

8、的優(yōu)勢(shì)。（二）本規(guī)范的幾何定義六、幾種應(yīng)用實(shí)例（一）基于FMC接口的AD、DA子卡模塊1、概述FMC連接器是一種高速多pin的互連器件，廣泛應(yīng)用于板卡對(duì)接的設(shè)備中，特別是在xilinx公司的所有開發(fā)板中都使用。該AD，DA子卡模塊就專門針對(duì)xilinx開發(fā)板設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)板卡，用于模擬信號(hào)、中頻信號(hào)采集，信號(hào)發(fā)出等應(yīng)用。（二）基于FMC接口的2路CameraLink輸入/輸出子卡模塊1、 概述FMC連接器是一種高速多pin的互連器件，廣泛應(yīng)用于板卡對(duì)接的設(shè)備中，特別是在xilinx公司的所有開發(fā)板中都使用。該CamerLink子卡模塊就專門針對(duì)xilinx開發(fā)板設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)板卡，用于視頻信號(hào)檢測(cè)，分

9、析等應(yīng)用。2、 性能指標(biāo)（1）FMC接口,支持2路CamerLink BaseLine 輸出。（2）CamerLink采用Mini 1mm間距的連接器，最大減小板卡空間大小。（3）FMC卡大小為：90mmX69mm。安裝孔大小為2.7mm。 3、物理特征 儲(chǔ)存溫度：-20 +70 存儲(chǔ)溫度：商業(yè)級(jí)0 +55 ，工業(yè)級(jí) -20 +55 工作濕度：10%80%（三）兼容xilinx公司開發(fā)板設(shè)計(jì)-基于FMC接口的DSP TMS320C6455子卡模塊1、 概述FMC連接器是一種高速多pin的互連器件，廣泛應(yīng)用于板卡對(duì)接的設(shè)備中，特別是在xilinx公司的所有開發(fā)板中都使用。該DSP子卡模塊以TI強(qiáng)

10、大性能DSP TMS320C6455作為主芯片，專門針對(duì)xilinx開發(fā)板設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)板卡，用于高速數(shù)據(jù)、視頻信號(hào)檢測(cè)，分析等應(yīng)用。2、性能指標(biāo)(1)DSP芯片性能a.DSP時(shí)鐘主頻1GHz，支持1.2GHz。b.內(nèi)存總線獨(dú)立， 板載 DDR2-500 512MB。c.支持32MB-128MB Nor Flash。d.支持千兆網(wǎng)絡(luò)接口。 e.支持 I2C的 E2Prom。 (2)接口介紹 a.接口支持FMC標(biāo)準(zhǔn)的HPC連接器，支持 EMIF 64bit寬度，同步100MHz傳輸；Mcpbs0；Mcbsp1；RapidIO X4。b.接口支持FMC標(biāo)準(zhǔn)的LPC連接器 支持EMIF32bit寬度，同

11、步100MHz，Mcbsp1，RapidIOX1，F(xiàn)lash僅支持4MB。c.連接電源 +12V，+3.3V 。板卡獨(dú)立供電+5V-+12V均可，模塊最大功耗在8W。 (3)板卡尺寸： FMC卡大小為：90mmX69mm。安裝孔大小為2.7mm。3、物理特性儲(chǔ)存溫度：-20 +70 存儲(chǔ)溫度：商業(yè)級(jí)0 +55 ，工業(yè)級(jí) -20 +55 工作濕度：10%80%4、 軟件支持a. 支持千兆網(wǎng)絡(luò)傳輸程序，移植LWIP協(xié)議棧，支持ping，TCP、UDP、IP傳輸協(xié)議。 b.支持DDR2空間的自檢 測(cè)試程序。c. 支持RapidIO X1 X4 EDMA 中斷 數(shù)據(jù)傳輸程序。 d. DSP與FPGA的

12、EMIF口 EDMA，同步中斷傳輸程序，測(cè)試速率在200MB/s以上。 e. 支持1K字節(jié)的引導(dǎo)，F(xiàn)lash 燒寫測(cè)試程序。 5、 應(yīng)用領(lǐng)域 數(shù)字成像，圖像分析與測(cè)試。（四）基于CPCI-FMC架構(gòu)的FPGA（型號(hào)EP3C40F484）中低端產(chǎn)品驗(yàn)證平臺(tái) 1、板卡概述基于FMC連接器快速搭建驗(yàn)證平臺(tái)，是Xilinx新一代開發(fā)板率先使用的板間互聯(lián)的形式，目前很多公司開發(fā)相適應(yīng)的子卡進(jìn)行連接調(diào)試。本板卡利用ALtera的Ep3C40F484芯片開發(fā)滿足中低速的應(yīng)用平臺(tái)，并且結(jié)合CPCI幾何架構(gòu)，除了能滿足簡(jiǎn)單的驗(yàn)證之外，并能快速搭建基于CPCI架構(gòu)的高端穩(wěn)定抗震的產(chǎn)品。2、板卡介紹(1) FPGA

13、: 本系統(tǒng)采用CycloneIII EP3C40F484C8。根據(jù)本系統(tǒng)的運(yùn)算性能和外設(shè)I/O的需求，選用CycloneIII系列的EP3C40F484C8芯片，它具有39600個(gè)邏輯單元、2340Kbit存儲(chǔ)單元，126個(gè)乘法器、4個(gè)PLL， 331個(gè)外部獨(dú)立I/O，最高運(yùn)行時(shí)鐘高達(dá)300MHz 。該性能已經(jīng)滿足本系統(tǒng)的要求。(2)FPGA圖像緩存SDRAM: 選用兩片大容量的SDRAM，MT48LC16M16A2 （4 Meg x 16 x 4 banks）獨(dú)立掛接在FPGA上，一片可以用于存儲(chǔ)圖像或者AD等接口數(shù)據(jù)流，一片可以用于作為內(nèi)嵌NIOS系統(tǒng)的系統(tǒng)內(nèi)存使用。(3)FMC接口采用LPC封裝，母座與xilinx 開發(fā)板兼容，能兼容連接Xilinx網(wǎng)站的FMC子卡，支持LVDS和LVTTL電平信號(hào)切換選擇（通過(guò)跳電阻選擇