【文章內(nèi)容簡介】 能的60nm工藝，并提供了一系列 IP塊（如 I2C、串行外設(shè)接口 (SPI)、UART 和并行 I/O 模塊）和支持超過500個(gè)I/O的封裝，與前代產(chǎn)品相比，最新一代的設(shè)備可將核心靜態(tài)功耗降低多達(dá) 50%，因此該產(chǎn)品非常適合需要更低靜態(tài)功耗的成本敏感型應(yīng)用。所有 Cyclone 10 LP FPGA僅需兩個(gè)核心電源即可運(yùn)行，可簡化配電網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省電路板成本、電路板空間和設(shè)計(jì)時(shí)間，其出色的靈活性，可在成本較低的小設(shè)備中完成設(shè)計(jì)，從而降低您的總體系統(tǒng)成本。Cyclone 10 GX 和 LP 系列都支持垂直遷移，可先在一個(gè)器件上開始進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后在完成設(shè)計(jì)后再將其遷移至相鄰的器件。 MAX系列MAX 10 FPGA采用了先進(jìn)的工藝，在低成本、單芯片小外形封裝的編程邏輯器件中實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的處理功能，是革命性的非易失集成器件。MAX 10 FPGA采用TSMC的55 nm嵌入式NOR閃存技術(shù)制造，通過提供瞬時(shí)接通的雙配置和模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC)，在成熟可靠的 FPGA 功能中集成新特性。其集成功能包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和雙配置閃存，支持在一個(gè)芯片上存儲(chǔ)兩個(gè)鏡像，在鏡像間動(dòng)態(tài)切換。與CPLD不同，MAX 10 FPGA還包括全功能FPGA功能，例如，NiosII軟核嵌入式處理器支持、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)模塊和軟核DDR3存儲(chǔ)控制器等。2 XilinxXilinx(賽靈思)作為FPGA的發(fā)明者，是世界領(lǐng)先的可編程邏輯完整解決方案的供應(yīng)商，用戶主要集中在歐洲和美國地區(qū)。全球FPGA產(chǎn)品的60%以上是由Altera和Xilinx提供。與采用傳統(tǒng)方法如固定邏輯門陣列相比，利用Xilinx FPGA可編程器件，客戶可以更快地設(shè)計(jì)和驗(yàn)證他們的電路，而且由于Xilinx FPGA器件是只需要進(jìn)行編程的標(biāo)準(zhǔn)部件，客戶不需要像采用固定邏輯芯片時(shí)那樣等待樣品或者付出巨額成本。因此Xilinx FPGA可編程邏輯解決方案縮短了電子設(shè)備制造商開發(fā)產(chǎn)品的時(shí)間并加快了產(chǎn)品面市的速度，從而減小了制造商的風(fēng)險(xiǎn)。 開發(fā)軟件a) ISE：Xilinx公司集成開發(fā)的工具；b) Foundation： Xilinx公司早期的開發(fā)工具，逐步被ISE取代；c) ISE Webpack：Webpack是xilinx提供的免費(fèi)開發(fā)軟件，功能比ISE少一些。 產(chǎn)品系列Xilinx FPGA主要分為兩大類，一種側(cè)重低成本應(yīng)用，容量中等，性能可以滿足一般的邏輯設(shè)計(jì)要求，如Spartan系列；還有一種側(cè)重于高性能應(yīng)用，容量大，性能能滿足各類高端應(yīng)用，如Virtex系列，用戶可以根據(jù)自己實(shí)際應(yīng)用要求進(jìn)行選擇。Xilinx FPGA主要分為Spartan系列、Virtex系列、Kintex系列、Artix系列、Zynq系列。在性能可以滿足的情況下，優(yōu)先選擇低成本器件。 Spartan系列Spartan 系列成本低廉，總體性能指標(biāo)不是很優(yōu)秀，適合低成本應(yīng)用場合，是Xilinx在低端FPGA市場上的主要產(chǎn)品。目前市場上，該系列主要包括SpartanSpartan3A、Spartan3E、SpartanSpartan7等。 Spartan3 FPGASpartan3 系列FPGA全球第一款90nm工藝FPGA，可提供五種平臺(tái)選擇，每種選擇都能實(shí)現(xiàn)可編程邏輯、連接功能和專用硬 IP 的獨(dú)特成本優(yōu)化型平衡，從而充分滿足低成本應(yīng)用的需求。a) Spartan3A DSP： DSP 優(yōu)化l 適用于需要集成型 DSP MAC 和擴(kuò)展存儲(chǔ)器的應(yīng)用；l 理想適用于需要低成本 FPGA 的設(shè)計(jì)，支持軍用無線電、監(jiān)控?cái)z像頭、醫(yī)學(xué)成像等信號(hào)處理應(yīng)用。b) Spartan3AN：非易失性l 面向需要非易失性系統(tǒng)集成、安全性、大型用戶 Flash 的應(yīng)用；l 理想適用于空間關(guān)鍵型或安全應(yīng)用以及低成本嵌入式控制器。c) Spartan3A/AN：I/O 優(yōu)化l 適用于 I/O 數(shù)量和功能重要性高于邏輯密度的應(yīng)用；l AN系列還帶有內(nèi)部配置FLASH。l 理想適用于橋接、差分信號(hào)和存儲(chǔ)器接口應(yīng)用，支持寬接口或多接口以及一定的處理功能。d) Spartan3E– 邏輯優(yōu)化l Xilinx第一款支持SPI FLASH配置的FPGA，使配置成本更低；l 適用于邏輯密度重要性高于 I/O 數(shù)量的應(yīng)用；l 理想適用于邏輯集成、DSP 協(xié)處理和嵌入式控制，支持較強(qiáng)的處理功能以及較窄或數(shù)量不多的接口。e) Spartan3– 適用于最高密度和引腳數(shù)量的應(yīng)用l 適用于高邏輯密度和高 I/O 數(shù)量同等重要的應(yīng)用；l 理想適用于高度集成的數(shù)據(jù)處理應(yīng)用。 Spartan6 FPGASpartan645nm FPGA 器件可提供各種業(yè)界領(lǐng)先的連接特性，如高邏輯引腳比、小型封裝、MicroBlaze? 軟處理器、800Mb/s DDR3 支持以及各種多樣化支持性 I/O 協(xié)議等。這些器件采用 45nm 技術(shù)構(gòu)建，是汽車信息娛樂、消費(fèi)類以及工業(yè)自動(dòng)化中各種高級(jí)橋接應(yīng)用的理想選擇。其關(guān)鍵特性如下表：表4. Spartan6 FPGA關(guān)鍵特性價(jià)值關(guān)鍵特性可編程的系統(tǒng)集成I/O 連接的高引腳數(shù)與邏輯之比；超過 40 個(gè) I/O 標(biāo)準(zhǔn)可簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)；具有集成型端點(diǎn)模塊的 PCI Express。提升的系統(tǒng)性能高達(dá) 8 個(gè)低功耗 ；帶有集成內(nèi)存控制其的 800Mb/s DDR3。BOM 成本削減針對系統(tǒng) I/O 擴(kuò)展進(jìn)行了成本優(yōu)化；MicroBlaze 處理器軟 IP 可消除外部處理器或 MCU 組件總功耗削減 內(nèi)核電壓或 內(nèi)核電壓選項(xiàng)；睡眠節(jié)電模式支持零功耗。加速設(shè)計(jì)生產(chǎn)力通過 ISE Design Suite 實(shí)現(xiàn)：無成本、前端到后端 （fronttoback）面向 Linux 和 Windows 的 FPGA 設(shè)計(jì)解決方案使用整合向?qū)Э焖偻瓿稍O(shè)計(jì) XA Spartan3 FPGAXA Spartan3系列FPGA主要包括XA Spartan3A、3A DSP、3E，其中：a) XA Spartan3E FPGA：是全球五款針對邏輯優(yōu)化、成本最低、特性齊全的平臺(tái)之一，具有100K～、66～376 個(gè) I/O接口和密度移植功能。b) XA Spartan3A FPGA： 是世界上成本最低、針對 I/O 進(jìn)行了優(yōu)化的、特性齊全的4款平臺(tái)之一，帶有 200K～ 系統(tǒng)門、195～375個(gè) I/O 和密度移植功能。其關(guān)鍵特性如下表：c) Spartan3A DSP FPGA ：針對 DSP 應(yīng)用實(shí)現(xiàn)最高的系統(tǒng)集成度進(jìn)行了優(yōu)化，是成本敏感型 DSP 算法和需要高 DSP 性能的協(xié)處理應(yīng)用的理想之選。XA Spartan3 FPGA關(guān)鍵特性如下表：表5. XA Spartan3 FPGA關(guān)鍵特性關(guān)鍵特性XA Spartan3EXA Spartan3ASpartan3A DSP雙電源管理模式PPP器件DNA安全性PPPDSP48A84～126嵌入式處理PPP多級(jí)存儲(chǔ)器架構(gòu)444領(lǐng)先的連接功能平臺(tái)PPP可配置邏輯模塊CLBPPPPP精確的時(shí)鐘管理資源PPP全面的配置功能PPP低成本a) 大量器件/封裝選項(xiàng)；b) 業(yè)界最全面的 IP 庫；c) 領(lǐng)先的嵌入式和 DSP 解決方案；d) 高效、經(jīng)濟(jì)的板設(shè)計(jì)；e) 允許采用更少的元件；f) 通過減少外部元件的數(shù)量提高系統(tǒng)的可靠性。安全性與高性能a) 獨(dú)特的 Device DNA 序列號(hào)（57位），有助于防止設(shè)計(jì)克隆、未授權(quán)過度構(gòu)建和反向工程；b) 用以提供 IP 的安全機(jī)制；c) 可定制算法，能夠?qū)崿F(xiàn)安全性以及故障響應(yīng)。a) 填補(bǔ)傳統(tǒng)DSP處理器和高端ASIC與 Virtex 類解決方案之間的DSP性能空白；b) 成本優(yōu)化的 DSP 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了出色的性能和功耗；c) 在成本更為敏感的應(yīng)用內(nèi)實(shí)現(xiàn)新應(yīng)用，如客戶端無線接入、便攜式超聲波、數(shù)字顯示器、監(jiān)視、視頻處理；d) 3500 億次乘累加操作/秒（GMACS）。全面支持汽車要求a) 擴(kuò)展了溫度范圍的 XA FPGA，有汽車 I 級(jí)（Tj = 40176。C ~ +100176。C）和汽車 Q 級(jí)（Tj = 40176。C ~ +125176。C）可供選擇；b) 無鉛封裝滿足 RoHS 指令的要求。 XA Spartan6 FPGAXilinx 汽車(XA)Spartan6 FPGA 系列是 Xilinx 推出的最新一代汽車級(jí)器件，基于商用 Spartan6 FPGA 系列。XA Spartan6 FGPA 利用公認(rèn)的低功耗 45nm、9 金屬銅層、雙重氧化處理技術(shù)制造而成，符合嚴(yán)格的汽車器件級(jí)要求。該系列擴(kuò)展了汽車I級(jí)（Tj = 40176。C ~ +100176。C）和汽車Q級(jí)（Tj = 40176。C ~ +125176。C）的支持溫度范圍，符合RoHS規(guī)范的無鉛封裝，利用AES 和 Device DNA 提高了IP安全性，利用帶有 MMU 和 FPU 的嵌入式MicroBlaze?實(shí)現(xiàn)了更好的操作系統(tǒng)（OS）支持。其競爭優(yōu)勢如下：表6. XA Spartan6 FPGA關(guān)鍵特性價(jià)值關(guān)鍵特性風(fēng)險(xiǎn)、性能與集成度的均衡a) 邏輯單元多達(dá)75,000個(gè)b) 集成PCI Express模塊c) 雙寄存器6輸入LUT邏輯結(jié)構(gòu)d) 面向低成本HSTL和SSTI存儲(chǔ)器接口的多電壓、多標(biāo)準(zhǔn) SelectIO技術(shù)庫e) 多條時(shí)鐘管理通道，每條均包含2個(gè) DCM 和1個(gè) PLLf) 高達(dá) 1000MHz 的時(shí)鐘控制視頻與圖像性能a) 8個(gè)低功耗 GTP 串行收發(fā)器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高帶寬視頻吞吐量b) 集成式存儲(chǔ)器控制器，支持800Mbps存取速率，實(shí)現(xiàn)視頻幀的快速緩沖c) 低功耗250MHz DSP48A1 slice，帶有18x18 乘法器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻處理接口a) 高速接口支持，可以實(shí)現(xiàn)多照相機(jī)連接功能最大化b) 高速串行性能，可以實(shí)現(xiàn)接線和板空間要求最小化c) 集成式端點(diǎn)模塊，可以實(shí)現(xiàn)主處理器的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)連接 Spartan7 FPGA成本優(yōu)化組合新成員 Spartan728nm FPGA器件采用小型封裝并提供業(yè)界最高的性能功耗比，可滿足最苛刻的要求。這些器件包含MicroBlaze軟處理器， 運(yùn)行速率超過200DMIPS，具有800Mb/s ，Spartan7 器件可在所有商業(yè)類器件上提供集成ADC，專用安全功能和 Q 級(jí)（40～+ 125176。C）。這些器件是工業(yè)、消費(fèi)類應(yīng)用以及汽車應(yīng)用的理想選擇，其中包括任意連接、傳感器融合以及嵌入式視覺等應(yīng)用。其關(guān)鍵特性如下表：表7. Spartan7 FPGA關(guān)鍵特性價(jià)值關(guān)鍵特性可編程的系統(tǒng)集成I/O 連接的高引腳數(shù)與邏輯之比；MicroBlaze處理器軟 IP；集成式安全監(jiān)控。提升的系統(tǒng)性能速度比 45nm 器件系列快 30%；達(dá)到 ；高度靈活的軟內(nèi)存控制器支持每秒 的峰值 DDR3800 內(nèi)存帶寬。BOM 成本削減用于集成離散模擬及監(jiān)控電路的 XADC 與 SYSMON；針對系統(tǒng) I/O 擴(kuò)展進(jìn)行了成本優(yōu)化?？偣南鳒p 內(nèi)核電壓或 內(nèi)核電壓選項(xiàng)；總功耗比 45nm 器件系列低 50%。加速設(shè)計(jì)生產(chǎn)力由 Vivado174。 HLx Design Suite WebPack? 啟動(dòng)；Vivado IP 集成器的自動(dòng)建構(gòu)校正模塊級(jí)設(shè)計(jì)；具有可擴(kuò)展的優(yōu)化架構(gòu)、綜合全面的工具以及 IP 核重用。 Virtex系列Virtex系列是Xilinx的高端產(chǎn)品，也是業(yè)界的頂級(jí)產(chǎn)品，Xilinx公司正是憑借Vitex系列產(chǎn)品贏得市場，從而獲得FPGA供應(yīng)商領(lǐng)頭羊的地位。可以說Xilinx以其FPGA產(chǎn)品引領(lǐng)現(xiàn)場可編程門陣列行業(yè)。Virte系列主要包括VirtexII、VirtexVirtexVirtexVirtex7等； VirtexII FPGAVirtexII系列FPGA是Xilinx第一代平臺(tái)FPGA解決方案，較其他公司的同類產(chǎn)品早投入市場半年，，根據(jù)輸入輸出參考電壓的不同設(shè)計(jì)可支持多種接口標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部時(shí)鐘頻率可達(dá)420MHz，被認(rèn)為是高速低耗的理想設(shè)計(jì)。VirtexII內(nèi)部CLB模塊含有4個(gè)sclice，從而提高邏輯容量和資源利用率；內(nèi)嵌大容量block RAM，可配置為RAM、雙端口RAM和FIFO等，適應(yīng)當(dāng)前設(shè)計(jì)對大容量片內(nèi)存儲(chǔ)的要求；內(nèi)嵌專用硬件乘法電路，同時(shí)為MicroBlaze處理器內(nèi)核ALU單元增加了乘法模塊，提高數(shù)字信號(hào)處理速度。 Virtex4 FPGAVirtex4 FPGA可提供20萬邏輯單元和500MHz性能，采用深亞微米設(shè)計(jì)技術(shù)、集成硬IP模塊以及三次氧化90nm工藝技術(shù)，使得成本和功耗降低50%。Virtex4系列是第一個(gè)包括多個(gè)面向特定領(lǐng)域平臺(tái)的FPGA產(chǎn)品，推出的單個(gè)平臺(tái)型號(hào)為Virtex4 LX、SX、FX，主要針對邏輯應(yīng)用、DSP、高速互連功能和嵌入式處理四個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。 Virtex5 FPGAVirtex5 系列結(jié)合了65nm三柵