Kintex－7 FPGA：KC705評(píng)估開發(fā)方案

Xilinx公司的7系列FPGA包括Artix-7，Kintex-7 和Virtex-7 三個(gè)系列。具有超高端連接帶寬，邏輯容量和信號(hào)完整性，提供低成本，小型尺寸和大容量的要求嚴(yán)格的高性能應(yīng)用。其中，Kintex-7 FPGA具有較高的性價(jià)比，其所組成的收發(fā)器從600Mbps到最高的6.6 Gbps ，達(dá)到28.05Gbps。主要用在航空電子、LED背光的平板電視和3D TV、LTE基帶、手持超聲設(shè)備、多模式無線電、Prosumer數(shù)碼單反照相機(jī)和視頻IP網(wǎng)關(guān)。

Xilinx7系列FPGA包括，三個(gè)新的FPGA系列，以滿足系統(tǒng)的各種要求，即：從成本降低，外形尺寸小，大容量應(yīng)用，到超高端連接帶寬，邏輯能力和信號(hào)處理，以適應(yīng)苛刻的應(yīng)用要求。7系列器件是基于可編程芯片，用于目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺(tái)（Targeted Design Platforms），它使得設(shè)計(jì)人員能夠從開發(fā)周期的一開始就專注于創(chuàng)新。Artix-7系列：低成本和功率的優(yōu)化，小外形包裝，高功率的應(yīng)用。Artix-7系列：優(yōu)化的性價(jià)比，較前一代有2倍的改善，可用于新一代的FPGA。Virtex-7系列：系統(tǒng)性能較高的優(yōu)化，系統(tǒng)性能提高一倍。采用堆疊硅片互連技術(shù)（SSI），形成了設(shè)備的高能力。

7系列采用先進(jìn)的，高性能，低功耗（HPL），28nm，高-k金屬柵極（HKMG）工藝技術(shù)。極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的性能，具有I / O帶寬2.9-TB/s，200萬邏輯單元的能力，和5.3 TMAC/-s DSP，比上一代器件少消耗50％的功率，為ASSP和ASIC提供了一個(gè)完全可編程的選擇。所有7系列設(shè)備共享一個(gè)統(tǒng)一的，第四代高級(jí)硅片組合模塊（ASMBL）列式架構(gòu)，其簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和可移植性降低了系統(tǒng)開發(fā)和部署時(shí)間。

7系列FPGA主要特性

•基于6輸入查找表（LUT）技術(shù)，可配置為分布式內(nèi)存的，先進(jìn)的高性能FPGA邏輯

• 36kB雙端口RAM塊，內(nèi)置片上數(shù)據(jù)緩沖的FIFO邏輯

•高性能的SelectIO技術(shù)，支持高達(dá)1866 Mb/s的DDR3接口

•高速串行連接功能，內(nèi)置多千兆位收發(fā)器，從600Mb/s到最大6.6 Gb/s，最高28.05Gb/s的速度，提供了一個(gè)特殊的低功耗模式，芯片到芯片接口進(jìn)行了優(yōu)化

•用戶可配置的模擬接口（XADC），納入雙12位1MSPS模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，具有片上熱傳感器和供電傳感器

• DSP片，以及25×18乘法器，48位累加器，預(yù)加法器，用于高性能過濾，包括優(yōu)化對(duì)稱系數(shù)過濾

•強(qiáng)大的時(shí)鐘管理瓷磚（CMT），結(jié)合鎖相環(huán)（PLL）和混合模式時(shí)鐘管理器（MMCM），用于實(shí)現(xiàn)高精度和低抖動(dòng)

•集成的PCI Express（PCIe）塊，最高為X8第三代端點(diǎn)和根端口設(shè)計(jì)。

•多種配置選項(xiàng)，包括，支持商品記憶，256位AES加密及HMAC/SHA-256認(rèn)證，并內(nèi)置SEU的檢測(cè)和校正

•低成本，線焊接，無蓋倒裝芯片，高信號(hào)完整性，倒裝芯片封裝，可以方便在同一系列產(chǎn)品之間互換。所有型號(hào)都具有無鉛封裝，并具有可選鉛封裝

•專為高性能和低功耗的28nm HKMG，HPL工藝設(shè)計(jì)，1.0V核電 壓的工藝技術(shù)，和更低功耗的0.9V核電壓選項(xiàng)

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KINTEX-7系列在LTE通信應(yīng)用

KINTEX-7 FPGA提供優(yōu)惠的價(jià)格、性能、因此設(shè)計(jì)人員可以在一個(gè)共同的平臺(tái)，滿足LTE基帶處理嚴(yán)格的延遲要求。

•可編程性使得具有成本效益的這一共同平臺(tái)支持多種空中接口，如LTE，WiMAX和WCDMA

•通過從微微單元（picocell）到宏單元（macrocell）的擴(kuò)展和重用設(shè)計(jì)來降低總成本

•在相同成本的基礎(chǔ)上，比前一代FPGA的容量高3倍，少消耗40％的電力

•支持9.8Gbps CPRI / OBSAI的高吞吐量

•支持6.144Gbps CPRI / OBSAI的一種低成本封裝選項(xiàng)

KINTEX-7系列在醫(yī)療電子應(yīng)用

支持低成本芯片級(jí)封裝的6.144Gbps CPRI / OBSAI，高 I / O帶寬和144GMACS的DSP處理能力，這使得KINTEX-770T FPGA可以高效地用于前端和后端超聲波處理。設(shè)計(jì)師可以配置一個(gè)完全可編程的128通道超聲波，其高檔解決方案規(guī)模可達(dá)196或256通道，手持式解決方案為64或32通道。

• 模塊化的五個(gè)KINTEX-770T FPGA可用于128通道，降低功耗44％，降低成本45％，比前一代FPGA的外形小57％

• KINTEX-770T的240 DSP片提供了144GMACS，（288GMACS對(duì)稱濾波器）

•內(nèi)置支持8個(gè)PCI Express Gen1/Gen2渠道，具有高帶寬接口，以支持系統(tǒng)

•芯片級(jí)封裝，小外形

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KINTEX -7系列在廣播設(shè)備的應(yīng)用

KINTEX-7 FPGA具有高成本效益，和低功耗橋的，串行數(shù)字接口（SDI）協(xié)議IP技術(shù)，用于長(zhǎng)距離的廣域網(wǎng)傳輸，以連接當(dāng)?shù)毓ぷ魇?現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)，廣播設(shè)施，和使用標(biāo)準(zhǔn)IP網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星上行站。

•減少64％的電耗，比兩個(gè)Virtex-6 XC6L130T的設(shè)備成本減少了85％（采用了單一的XC7K160T FPGA）

•采用高帶寬接口，進(jìn)一步降低成本，縮小了BOM：72位×1600 Mbps DDR3內(nèi)存接口功能，只使用單一內(nèi) 存緩沖。（而前一代FPGA需要兩個(gè)或四個(gè)內(nèi)存緩沖）

Kintex-7 FPGA系列評(píng)估板KC705

KINTEX™-7 FPGA的KC705評(píng)估板提供了一個(gè)硬件環(huán)境，用于KINTEX-7 XC7K325T-2FFG900C FPGA的設(shè)計(jì)開發(fā)和評(píng)估。 KC705板提供了許多嵌入式處理系統(tǒng)的共同特性，包括，DDR3 SODIMM內(nèi)存，一個(gè)8通道的PCI Express接口，一個(gè)三模式以太網(wǎng)物理層（PHY），通用I/ O，一個(gè)UART接口。通過使用連接卡（主板上提供的兩個(gè)VITA-57 FPGA夾層連接器FMC），可以添加其他功能。并且具有高引腳數(shù)（HPC）和低接腳數(shù)（LPC）FMCS。

圖4 評(píng)估板KC705配置電路圖

評(píng)估板KC705主要特性

• Kintex-7 XC7K325T-2FFG900C FPGA

•1GB DDR3內(nèi)存的SODIMM

•128MB線性BPI閃存

•128MB四SPI（Quad-SPI）閃存

•安全數(shù)字（SD）連接器

•通過Digilent模塊的USB JTAG

•時(shí)鐘發(fā)生器

• 固定的200 MHz的LVDS振蕩器（差分）

• I2C可編程LVDS振蕩器（差分）

• SMA連接器（差分）

• GTX收發(fā)器時(shí)鐘的SMA連接器

• GTX收發(fā)器

• FMC HPC連接器（4個(gè)GTX收發(fā)器）

• FMC LPC連接器（GTX收發(fā)器）

• SMA連接器（TX，RX和REFCLK各一對(duì)）

• PCI Express（八通道）

•小型可插拔（SFP +）連接器

•以太網(wǎng)PHY SGMII接口（RJ-45接口）

• PCI Express的端點(diǎn)連接

•第一代8通道（X8）

•第二代8通道（X8）

• SFP+連接器

•10/100/1000三速以太網(wǎng)PHY

• USB至UART橋接

• HDMI接口編解碼器

• I2C總線

•的I2C多路復(fù)用器

• I2C EEPROM（1 kB）

•用戶I2C可編程3.3V LVDS振蕩器

• DDR3 SODIMM插槽

• HDMI接口編解碼器

• FMC HPC連接器

• FMC LPC連接器

• SFP+連接器

• I2C可編程抖動(dòng)衰減精密時(shí)鐘倍頻

•狀態(tài)指示LED燈

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•以太網(wǎng)狀態(tài)

•電源良好

• FPGA INIT

• FPGA DONE

•用戶I/O

•用戶LED（八個(gè)GPIO）

•用戶按鈕（五個(gè)方向）

• CPU的復(fù)位按鈕

•用戶DIP開關(guān)（4極的GPIO）

•用戶SMA GPIO連接器（一對(duì)）

• LCD字符顯示（16個(gè)字符×2行）

•開關(guān)

•電源開/關(guān)滑動(dòng)開關(guān)

•配置模式DIP開關(guān)

• VITA57.1 FMC HPC連接器

• VITA57.1 FMC LPC連接器

•電源管理

•通過TI電源控制器的PMBus電壓和電流監(jiān)控

• XADC頭

•配置選項(xiàng)

•線性BPI閃存

•四個(gè)SPI

• USB JTAG配置端口

•平臺(tái)電纜頭JTAG配置端口