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1.2 Xilinx FPGA简介 |
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Xilinx公司是全球可编程器件厂商领导者，占有全球可编程器件市场超过一半的份额。Xilinx公司的产品包括硅片、软件、IP核、开发板和入门套件等，应用领域包括航天/国防、汽车、消费类、工业和有线/无线通信等。Xilinx公司的主流FPGA产品分为两类，一类是Spartan系列，侧重低成本应用，具有中等容量的可编程逻辑单元，性能可以满足一般逻辑要求，主要包括Spartan-3和Spartan-6两大系列，Spartan-3系列采用90nm工艺，最多可达10万个逻辑单元，最低价格仅为几美元；Spartan-6系列采用低功耗、45nm工艺和9层金属布线双层氧化工艺生产，多达15万个逻辑单元，集成了PCIExpress ® 模块、高级存储器支持、250MHz DSP slice，以及3.2Gbps低功耗收发器。另一类是Virtex系列FPGA，侧重于高性能应用，逻辑单元容量大，面向各类无线基础设施、有线网络、广播设备、航天航空和国防等方面需求的高端应用。下面主要对Virtex系列的各个型号的发展历程及特点进行简要介绍。
Virtex系列最早的产品是Virtex和Virtex-E，之后在2001年推出了Virtex-II系列产品。Virtex-II系列产品采用当时先进的0.15µm/0.12µm CMOS 8层金属混合工艺设计，内核电压为1.5V，内部时钟频率可达到420MHz。2002年采用成熟的Virtex-II架构，推出了Virtex-II pro系列高端FPGA产品，无缝嵌入了PowerPC405和RocketIOTM MGT收发器，内嵌32位RISC硬核和3.125Gbps高速串行接口。
Virtex-4系列产品于2004年推出，采用90nm铜工艺技术，该系列将高级硅片组合模块（Advanced Silicon Modular Block，ASMBL）架构与种类繁多的灵活功能相结合，大大提高了可编程逻辑设计能力。该系列FPGA由LX、FX和SX三个平台系列组成。LX系列面向逻辑密集设计的高性能逻辑应用；SX系列内嵌数量众多的DSP硬核，面向高性能数字逻辑信号处理（DSP）应用；FX系列内嵌POWER PC硬核和MGT高速通道硬核，面向高速串行连接和高性能嵌入式平台应用。
Virtex-5系列产品于2007年推出，该系列以当时最先进的65nm铜工艺技术为基础，采用第二代ASMBL列式架构，包含五种不同的器件型号——LX、LXT、SXT、TXT和FXT，每种平台都包含不同的功能配比，能够满足诸多高级逻辑设计的需求。LX面向高性能通用逻辑应用和高级串行连接功能的高性能逻辑应用；SXT面向具有高级串行连接功能的高性能信号处理应用；TXT面向具有双密度高级串行连接功能的高性能系统应用；FXT面向具有高级串行连接功能的高级嵌入式系统应用。LXT、SXT、TXT、FXT包含用于PCI Express设计的集成接口模块和10/100/1000Mbps以太网媒体访问控制模块；LXT和SXT包含RocketIO GTP收发器，传输速度可达3.75Gbps；TXT和FXT包含GTX收发器，传输速度可达6.5Gbps；FXT包含嵌入式IBM PowerPC 440 RISC CPU。
Virtex-6系列产品于2009年推出，该系列采用领先的40nm铜工艺技术，采用第三代ASMBL柱式架构，包括了LXT、SXT、HXT等多个系列。LXT面向具有高级串行连接功能的高性能逻辑应用；SXT面向具有高级串行连接功能的最强信号处理功能应用；HXT主要面向具有串行连接功能的最高带宽应用。其中SXT和HXT具有用于PCI Express设计的集成接口模块、10/100/1000Mbps以太网媒体访问控制模块和GTX收发器（传输速率在480Mbps～6.6Gbps之间），HXT具有GTH高性能收发器，串行传输速率在9.95～11.18Gbps之间。
Virtex-7系列产品于2011年推出，采用了业界领先的28nm HPL（High-Performance，Low-Power）处理技术，与前代产品相比功耗降低50%；采用同步串行接口技术，可容纳多达200万个逻辑单元；具有最高速率达28.05Gbps的GTZ收发器。Virtex-7系列由T、XT、HT器件组成，T器件具有最高的容量和性能，主要应用于ASIC原型设计、仿真和置换；XT器件面向高处理带宽需求应用，具有大量的DSP单元和Block RAM缓存资源，主要应用于高性能的收发器、DSP和Block RAM需求；HT器件主要针对超高宽带应用，具有多达16个28Gbps的串行收发器，能够实现前所未有的高传输带宽。
Xilinx的7系列还有Kintex-7和Artix-7系列，Kintex-7系列主要面向高信号处理能力和低功耗类型应用，在价格、性能和功耗方面实现了最佳平衡，能够满足广泛的应用需求。Kintex-7系列与前代产品相比，性价比提升一倍，功耗降低50%。Artix-7系列主要面向成本敏感型应用，采用低成本和最小尺寸封装，具有业界最低成本和功耗优势，适用于大批量、低成本应用。
Virtex-6 FPGA采用尖端的40nm铜工艺技术，结合第三代ASMBLTM（高级硅片组合模块）柱式架构，包括了多个不同的子系列，每个子系列都包含不同的特性组合，可满足多种高级逻辑设计需求。Virtex-6 FPGA为满足高性能逻辑设计人员、高性能DSP设计人员和高性能嵌入式系统设计人员的需求而提供了最佳解决方案，单芯片集成了逻辑、DSP、连接和软微处理器等功能。
Virtex-6 FPGA把先进的硬件芯片技术、创新的电路设计技术和架构增强技术三者融合在一起，与前一代Virtex器件相比，功耗大大降低，性能更高并且成本更低。Virtex-6 FPGA的特性总结如下。
◆ 3个子系列
Virtex-6 LXT FPGA：具有高级串行连接功能的高性能逻辑。
Virtex-6 SXT FPGA：具有高级串行连接功能的数字信号处理。
Virtex-6 HXT FPGA：具有串行连接功能的最高带宽。
◆ 不同子系列之间彼此的兼容性
LXT和SXT器件的尺寸在相同封装下相互兼容。
◆ 高性能的高级FPGA逻辑
6输入查找表（LUT）技术。
双LUT5（5输入LUT）选项。
LUT/双触发器对，可满足需要丰富寄存器资源的应用要求。
更高的布线效率。
每个6输入LUT提供64位（或双32位）分布式LUT RAM选项。
SRL32/双SRL16，提供寄存输出选项。
◆ 强大的混合模式时钟管理模块（MMCM）
MMCM模块提供了零延迟缓冲、频率合成、时钟相位偏移、输入抖动过滤1212121和相匹配时钟拆分等功能。
◆ 36Kb Block RAM/FIFO
双端口RAM模块。
可编程的双端口或简单双端口模式，宽度为36位或72位。
增强型可编程FIFO逻辑。
内置可选纠错电路系统。
可选择将单个RAM作为两个独立的18Kb模块来使用。
◆ 高性能并行SelectIO TM 技术
1.2V到2.5V I/O操作。
采用ChipSync
TM
技术的源同步接口。
数控阻抗（DCI）有源端接。
灵活的高密度I/O分组。
集成式写入级功能提供高速存储器接口支持。
◆ 高级DSP48E1 Slice
25×18补码乘法器/累加器。
可选流水线。
新型可选预加法器，辅助滤波应用。
可选的逐位逻辑功能。
专门的级联连接。
◆ 灵活的配置选项
SPI和并行Flash接口。
通过专门的回退重配置逻辑提供多比特流支持。
自动总线宽度探测。
◆ 所有器件都提供系统监控器功能
片内/片外温度和供电电压监控。
JTAG访问所有监控值。
◆ PCI Express ® 设计的集成式接口模块
符合PCI Express Base Specification 2.0规范。
GTX收发器提供Gen1（2.5Gbps）和Gen2（5Gbps）支持。
每个PCIE模块提供1通道、2通道、4通道或8通道支持。
◆ GTX收发器：高达6.6Gbps
FPGA逻辑过采样支持低于480Mbps的数据速率。
◆ GTH收发器：2.488Gbps到11Gbps以上
◆ 集成式10/100/1000Mbps以太网MAC模块
使用GTX收发器支持1000 BASE-X PCS/PMA和SGMII。
使用Selectl I/O技术资源支持MII、GMII和RGMII。
提供2500Mbps支持。
◆ 40nm铜CMOS工艺技术
◆ 1.0V核心电压（仅-1、-2、-3速度等级）
◆ 低功耗0.9V核心电压选项（仅-1L速度等级）
◆ 标准或无铅封装选择提供高信号完整性Flip-chip封装