Spartan-6datasheetSpartan系列FPGA芯片

FPGA芯片比较20100511

FPGA芯片选型比较 Cyclone III的EP3CE10采用了60nm制造工艺，是一款功耗很低、成本很低且高性能的FPGA。 Cyclone IV的 EP4CE10也采用了60nm制造工艺，是一款新的产品。该器件实现了低成本、高性能和低功耗，在手持式软件无线电等低功耗应用中，其功耗比以前的Cyclone产品低25％。 同样，Spartan-3E FPGA系列的XC3S500E芯片采用了90nm制造工艺技术生产。其单位逻辑单元的成本是FPGA行业中相当低的。它的低成本也是非常的吸引人。 现将三种产品的相关参数比较如下： 以下是Cyclone 的FAE对Cyclone IV 与Spartan 6 的比较表格，因为Spartan 6比Spartan 3高一个级别，所以这个比较有一定的参考性。 FAE也总结了Cyclone系列在技术上的的优势

1，CycloneIV/III的最高频率高于Spatarn3、Spartn6系列, 性能明显要好，（可以在QuartusII和ISE中验证比较同一程序） 2，CycloneIV/III的功耗略低于Spatarn3、Spartn6，当然，差距不是特别大 3，开发软件方面，QuartusII的编译时间明显比ISE短，界面上更加方便使用 4， CycloneIV/III市场占有率一直高于Spatarn3、Spartn6 5， Altera的CycloneIV和Xilinx的Spartan6都是新器件，很多客户都关心供货情况。由于CycloneIV和CylconeIII可以做到兼容（只有3个管脚不同，在设计时略加处理，就可以做到兼容设计），如果CycloneIV供货有问题，可以用CylconeIII直接替代，而Xilinx Spartan6很多器件还没量产，也没有兼容型号，一旦出现供货问题，很难处理。 当然这些很多是Altera单方面的解释，他这款CycloneIV的供货问题也是存在的。具体要等两天xilinx他们的工业级芯片报价出来再做价格比较，因为从整个FPGA市场占有率来说xilinx肯定有他们拥有很大市场占有率的道理。

FPGA配置芯片的网上汇总较杂需自己总结修订稿

F P G A配置芯片的网上汇总较杂需自己总结公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

FPGA配置芯片 FPGA器件有三类配置下载方式：主动配置方式（AS）和被动配置方式（PS）和最常用的(JTAG)配置方式。 AS由FPGA器件引导配置操作过程，它控制着外部存储器和初始化过程，EPCS系列.如EPCS1,EPCS4配置器件专供AS模式，目前只支持Cyclone系列。使用Altera串行配置器件来完成。Cyclone期间处于主动地位，配置期间处于从属地位。配置数据通过DATA0引脚送入 FPGA。配置数据被同步在DCLK输入上，1个时钟周期传送1位数据。(见附图) PS则由外部计算机或控制器控制配置过程。通过加强型配置器件（EPC16，EPC8，EPC4）等配置器件来完成，在PS配置期间，配置数据从外部储存部件，通过DATA0引脚送入FPGA。配置数据在DCLK上升沿锁存，1个时钟周期传送1位数据。(见附图) JTAG接口是一个业界标准,主要用于芯片测试等功能,使用IEEE Std 联合边界扫描接口引脚，支持JAM STAPL标准，可以使用Altera下载电缆或主控器来完成。 FPGA在正常工作时，它的配置数据存储在SRAM中，加电时须重新下载。在实验系统中，通常用计算机或控制器进行调试，因此可以使用PS。在实用系统中，多数情况下必须由FPGA主动引导配置操作过程，这时FPGA将主动从外围专用存储芯片中获得配置数据，而此芯片中fpga配置信息是用普通编程器将设计所得的pof格式的文件烧录进去。 专用配置器件：epc型号的存储器? 常用配置器件：epc2,epc1,epc4,epc8,epc1441(现在好象已经被逐步淘汰了)等? 对于cyclone cycloneII系列器件,ALTERA还提供了针对AS方式的配置器件,EPCS系列.如EPCS1,EPCS4配置器件也是串行配置的.注意,他们只适用于cyclone系列. 除了AS和PS等单BIT配置外，现在的一些器件已经支持PPS，FPS等一些并行配置方式，提升配置了配置速度。当然所外挂的电路也和PS有一些区别。还有处理器配置比如JRUNNER 等等，如果需要再baidu 吧，至少不下十种。比如Altera公司的配置方式主要有Passive Serial(PS),Active Serial(AS),Fast Passive Parallel(FPP),Passive Parallel Synchronous(PPS),Passive Parallel Asynchronous(PPA),Passive Serial Asynchronous(PSA),JTAG等七种配置方式，其中Cyclone支持的配置方式有PS，AS，JTAG三种. 对FPGA芯片的配置中，可以采用AS模式的方法，如果采用EPCS的芯片，通过一条下载线进行烧写的话，那么开始的"nCONFIG,nSTATUS"应该上拉，要是考虑多种配置模式，可以采用跳线设计。让配置方式在跳线中切换,上拉电阻的阻值可以采用10K 在PS模式下tip:如果你用电缆线配置板上的FPGA芯片,而这个FPGA芯片已经有配置芯片在板上,那你就必须隔离缆线与配置芯片的信号.(祥见下图).一般平时调试时不会把配置芯片焊上的,这时候用缆线下载程序.只有在调试完成以后,才把程序烧在配置芯片中, 然后将芯片焊上.或者配置芯片就是可以方便取下焊上的那种.这样出了问题还可以方便地调试. 在AS模式下tip: 用过一块板子用的AS下载，配置芯片一直是焊在板子上的，原来AS方式在用线缆对配置芯片进行下载的时候，会自动禁止对FPGA的配置，而PS方式需要电路上隔离。 一般是用jtag配置epc2和flex10k,然后 epc2用ps方式配置flex10k.这样用比较好.（这是我在网上看到的,可以这样用吗怀疑中）望达人告知.

三大FPGA芯片公司的主要产品系列和特点

Altera、Xilinx、Actel Altera作为世界老牌可编程逻辑器件的厂家，是可编程逻辑器件的发明者，开发软件 MAX+PLUSII和QuartusII。Altera 的主流FPGA分为两大类，一种侧重低成本应用，容量中等，性能可以满足一般的逻辑设计要求，如Cyclone，CycloneII；还有一种侧重于高性能应用，容量大，性能能满足各类高端应用，如Startix，StratixII等，用户可以根据自己实际应用要求进行选择。在性能可以满足的情况下，优先选择低成本器件。 * Cyclone（飓风）：Altera中等规模FPGA，2003年推出，0.13um工艺,1.5v内核供电，与Stratix结构类似，是一种低成本FPGA系列，是目前主流产品，其配置芯片也改 用全新的产品。 简评：Altera最成功的器件之一，性价比不错，是一种适合中低端应用的通用FPGA，推荐使用。 * CycloneII：Cyclone的下一代产品，2005年开始推出，90nm工艺，1.2v内核供电，属于低成本FPGA，性能和Cyclone相当，提供了硬件乘法器单元 简评：刚刚推出的新一代低成本FPGA，目前市场零售还不容易买到，估计从2005年年底开始，将逐步取代Cyclone器件，成为Altera在中低FPGA市场中的主力产品。 * Stratix ：altera大规模高端FPGA,2002年中期推出，0.13um工艺，1.5v内核供电。集成硬件乘加器,芯片内部结构比Altera以前的产品有很大变化。 简评：Startix芯片在2002年的推出，改变了Altera在FPGA市场上的被动局面。该 芯片适合高端应用。随着2005年新一代StratixII器件的推出，将被StratixII逐渐取代。 * StratixII: Stratix的下一代产品，2004年中期推出，90nm工艺，1.2v内核供电，大 容量高性能FPGA。 简评：性能超越Stratix,是未来几年中，Altera在高端FPGA市场中的主力产品。 *StrtratixV为altera目前的高端产品，采用28-nm工艺，提供了28G的收发器件，适合高端的FPGA产品开发 Xilinx是FPGA的发明者，拥有世界一半以上的市场，提供90%的高端65nmFPGA产品，开发软件为ISE。Xilinx的主流FPGA分为两大类，一种侧重低成本应用，容量中等，性能可以满足一般的逻辑设计要求，如Spartan系列；还有一种侧重于高性能应用，容量大，性能能满足各类高端应用，如Virtex系列，用户可以根据自己实际应用要求进行选择。在性能可以满足的情况下，优先选择低成本器件。 * Spartan-3/3L: 新一代FPGA产品，结构与VirtexII类似，全球第一款90nm工艺FPGA，1.2v内核，于2003年开始陆续推出。 简评：成本低廉，总体性能指标不是很优秀，适合低成本应用场合，是Xilinx未来几年在低端FPGA市场上的主要产品，目前市场上中低容量型号很容易购买到，大容量相对少 一些。 * Spartan-3E：基于Spartan-3/3L，对性能和成本进一步优化 * Spartan-6：xilinx最新推出的低成本FPGA

FPGA芯片介绍

Arria II GX FPGA器件 高无忌 2012511009 Arria?II 器件系列专为易操作性而设计。经过成本优化的40-nm 器件系列体系结构具有低功耗、可编程逻辑引擎、以及一体化的收发器和I/O 等特性。像PhyscialInterface for PCIExpress?(PCIe?)、Ethernet 和DDR3 存储器这样的公共接口在您的设计中可以很容易地通过Quartus?II 软件、SOPC Builder 设计软件以及Altera 所提供的多种硬/ 软知识产权(IP) 解决方案来实现。对于要求收发器运行在高达6.375 Gbps的应用程序设计而言，Arria II GX FPGA 器件系列能够使设计变得更快更容易。 Arria II GX FPGA器件特性 Arria II GX FPGA器件的关键特性如下： ■40-nm 低功耗FPGA 引擎 ■自适应逻辑模块(ALM) 实现了业界最高的逻辑效率 ■八输入分段查找表(LUT) ■存储器逻辑阵列模块(MLAB)，用于小型FIFO 的有效实现 ■高达550 MHz 的高性能数字信号处理(DSP) ■可配置成9 x 9 位、12 x 12 位、18 x 18 位和36 x 36 位全精度乘法器，以及 18 x 36 位高精度乘法器 ■硬编码的加法器、减法器、累加器和求和功能 ■通过Altera 的MATLAB 和DSP Builder 软件实现的完全集成的设计流程 ■最大系统带宽 ■多达24个基于全双工时钟数据恢复(CDR)的收发器，支持600 Mbps到6.375 Gbps 的数据速率 ■专用电路，支持用于常用串行协议的物理层功能，这些串行协议包括：PCIeGen1 与PCIe Gen2、Gbps Ethernet、Serial RapidIO?(SRIO)、通用公共无线电接口(CPRI)、OBSAI、SD/HD/3G/ASI 串 行数字接口(SDI), XAUI 和ReducedXAUI(RXAUI)、HiGig/HiGig+、SATA/ 串行附加SCSI(SAS)、GPON、SerialLite II、光纤通道、SONET/SDH、Interlaken、串行数据转换器(JESD204) 和SFI-5。■采用嵌入式硬核IP模块的完整PIPE协议解决方案，嵌入式硬核IP模块提供了物理层 和介质存取控制(PHY/MAC) 层，数据链路层和传输层功能性 ■针对高带宽系统接口进行的优化 ■多达726个用户I/O管脚分布在支持多种单端和差分I/O标准的多达20个模块化的 I/O bank 中 ■高速LVDS I/O 支持，具有串化器/ 解串器(SERDES) 和运行在150 Mbps 到 1.25 Gbps数据速率上的动态相位对齐(DPA) 电路 ■低功耗 ■体系结构的功耗降低技术 ■100 mW @ 3.125 Gbps的物理介质附加子层(PMA) 的典型功耗 ■集成到Quartus II 开发软件的功耗优化 ■高级实用性和安全特性 ■并行和串行配置选项

FPGA芯片选择策略和原则

FPGA芯片选择策略和原则 一：设计考虑 1，器件的硬件资源 硬件资源是器件选型的重要标准。硬件资源包括逻辑资源、I／O资源、布线资源、DSP 资源、存储器资源、锁相环资源、串行收发器资源和硬核微处理器资源等。 1.1 逻辑资源、I／O资源、布线资源 逻辑资源和I／O资源的需求是每位设计人员最关心的问题，一般都会考虑到，可是， 过度消耗I／O资源和布线资源可能产生的问题却很容易被忽视。主流FPGA器件中，逻辑资源都比较丰富，一般可以满足应用需求。可是，在比较复杂的数字系统中，过度I／O资源的消耗可能会导致2个问题： 1）FPGA负荷过重，器件发热严重，严重影响器件的速度性能、工作稳定性和寿命，设计中要考虑器件的散热问题； 2）局部布线资源不足，电路的运行速度明显降低，有时甚至使设计不能适配器件，设计失败。 应用经验参考： 1)在做复杂数字信号处理时，位数比较高的乘法器和除法器对全局布线资源的消耗量比较大； 2)在做逻辑设计时，双向I／O口对局部布线资源的消耗量比较大； 3)在利用存储器资源设计滤波器的应用场合，局部布线资源的消耗量比较大； 4)在电气接口标准比较多，而逻辑比较复杂的应用场合，局部布线资源的消耗量比较大。 据Altera公司推荐，设计中最好能预留30％以上的逻辑资源、20％以上的I／O资源和30％以上的布线资源。而且，从两家公司器件的结构看，Xllinx公司器件的可编程逻辑块 相对于Altera公司要复杂一些，使用起来要灵活一些。在一些复杂的、控制信号比较多的设计中，适合选用Xllinx公司的产品。不过Xllinx公司器件布线资源是分段的，器件延时的可预测性要差一些。在这些应用场合，最好首先做设计仿真，对设计消耗的布线资源，尤其是很容易被忽视的局部布线资源，要有一个比较充分的了解，然后在考虑器件选型，是比较理想的。 1.2 DSP资源 在做乘法运算比较多而且对速度性能要求比较高的应用场合，最好能选用带DSP资源比较多的器件，例如，Altera公司的StatixⅡ和StatixⅢ系列，Xllinx公司的Virtex-4 SX 和Virtex-5 SX系列等。

FPGA可编程逻辑器件芯片XC5VLX155T-1FFG1136C中文规格书

Virtex-5 FPGA Electrical Characteristics Virtex?-5 FPGAs are available in -3, -2, -1 speed grades, with -3 having the highest performance. Virtex-5 FPGA DC and AC characteristics are specified for both commercial and industrial grades. Except the operating temperature range or unless otherwise noted, all the DC and AC electrical parameters are the same for a particular speed grade (that is, the timing characteristics of a -1 speed grade industrial device are the same as for a -1 speed grade commercial device). However, only selected speed grades and/or devices might be available in the industrial range.All supply voltage and junction temperature specifications are representative of worst-case conditions. The parameters included are common to popular designs and typical applications. This Virtex-5 FPGA data sheet, part of an overall set of documentation on the Virtex-5 family of FPGAs, is available on the Xilinx website: ?Virtex-5 Family Overview ?Virtex-5 FPGA User Guide ?Virtex-5 FPGA Configuration Guide ?Virtex-5 FPGA XtremeDSP? Design Considerations ?Virtex-5 FPGA Packaging and Pinout Specification ?Embedded Processor Block in Virtex-5 FPGAs Reference Guide ?Virtex-5 FPGA RocketIO? GTP Transceiver User Guide ?Virtex-5 FPGA RocketIO GTX Transceiver User Guide ?Virtex-5 FPGA Embedded Tri-Mode Ethernet MAC User Guide ?Virtex-5 FPGA Integrated Endpoint Block User Guide for PCI Express? Designs ?Virtex-5 FPGA System Monitor User Guide ? Virtex-5 FPGA PCB Designer’s Guide All specifications are subject to change without notice. Virtex-5 FPGA DC Characteristics DS202 (v5.5) June 17, 2016Product Specification Table 1:Absolute Maximum Ratings Symbol Description Units V CCINT Internal supply voltage relative to GND –0.5 to 1.1V V CCAUX Auxiliary supply voltage relative to GND –0.5 to 3.0V V CCO Output drivers supply voltage relative to GND –0.5 to 3.75V V BATT Key memory battery backup supply –0.5 to 4.05V V REF Input reference voltage –0.5 to 3.75V V IN (3) 3.3V I/O input voltage relative to GND (4) (user and dedicated I/Os) –0.75 to 4.05V 3.3V I/O input voltage relative to GND (restricted to maximum of 100 user I/Os)(5)–0.95 to 4.4 (Commercial Temperature) V –0.85 to 4.3 (Industrial Temperature)2.5V or below I/O input voltage relative to GND (user and dedicated I/Os)–0.75 to V CCO +0.5 V I IN Current applied to an I/O pin, powered or unpowered ±100 mA Total current applied to all I/O pins, powered or unpowered ±100mA V TS Voltage applied to 3-state 3.3V output (4) (user and dedicated I/Os) –0.75 to 4.05V Voltage applied to 3-state 2.5V or below output (user and dedicated I/Os)–0.75 to V CCO +0.5 V T STG Storage temperature (ambient)–65to 150°C T SOL Maximum soldering temperature (2)+220 °C T J Maximum junction temperature (2) +125 °C Notes: 1.Stresses beyond those listed under Absolute Maximum Ratings might cause permanent damage to the device. These are stress ratings only, and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those listed under Operating Conditions is not implied. Exposure to Absolute Maximum Ratings conditions for extended periods of time might affect device reliability. 2.For soldering guidelines, refer to UG112: Device Package User Guide . For thermal considerations, refer to UG195: Virtex-5 FPGA Packaging and Pinout Specification on the Xilinx website. 3. 3.3V I/O absolute maximum limit applied to DC and AC signals. 4.For 3.3V I/O operation, refer to UG190: Virtex-5 FPGA User Guide, Chapter 6, 3.3V I/O Design Guidelines . 5.For more flexibility in specific designs, a maximum of 100 user I/Os can be stressed beyond the normal specification for no more than 20% of a data period .

三大FPGA芯片公司的主要产品系列和特点教学教材

三大F P G A芯片公司的主要产品系列和特 点

Altera、Xilinx、Actel Altera作为世界老牌可编程逻辑器件的厂家，是可编程逻辑器件的发明者，开发软件MAX+PLUSII和QuartusII。Altera 的主流FPGA分为两大类，一种侧重低成本应用，容量中等，性能可以满足一般的逻辑设计要求，如Cyclone，CycloneII；还有一种侧重于高性能应用，容量大，性能能满足各类高端应用，如Startix，StratixII等，用户可以根据自己实际应用要求进行选择。在性能可以满足的情况下，优先选择低成本器件。 * Cyclone（飓风）：Altera中等规模FPGA，2003年推出，0.13um工艺,1.5v内核供电，与Stratix结构类似，是一种低成本FPGA系列，是目前主流产品，其配置芯片也改用全新的产品。 简评：Altera最成功的器件之一，性价比不错，是一种适合中低端应用的通用FPGA，推荐使用。 * CycloneII：Cyclone的下一代产品，2005年开始推出，90nm工艺，1.2v内核供电，属于低成本FPGA，性能和Cyclone相当，提供了硬件乘法器单元 简评：刚刚推出的新一代低成本FPGA，目前市场零售还不容易买到，估计从2005年年底开始，将逐步取代Cyclone器件，成为Altera在中低FPGA 市场中的主力产品。 * Stratix ：altera大规模高端FPGA,2002年中期推出，0.13um工艺，1.5v内核供电。集成硬件乘加器,芯片内部结构比Altera以前的产品有很大变化。 简评：Startix芯片在2002年的推出，改变了Altera在FPGA市场上的被动局面。该芯片适合高端应用。随着2005年新一代StratixII器件的推出，将被StratixII逐渐取代。 * StratixII: Stratix的下一代产品，2004年中期推出，90nm工艺，1.2v内核供电，大容量高性能FPGA。 简评：性能超越Stratix,是未来几年中，Altera在高端FPGA市场中的主力产品。 *StrtratixV为altera目前的高端产品，采用28-nm工艺，提供了28G的收发器件，适合高端的FPGA产品开发

FPGA配置芯片的网上汇总(较杂,需自己总结)

FPGA配置芯片 1.Altera FPGA器件有三类配置下载方式：主动配置方式（AS）和被动配置方式（PS）和最常用的(JTAG)配置方式。 AS由FPGA器件引导配置操作过程，它控制着外部存储器和初始化过程，EPCS系列.如EPCS1,EPCS4配置器件专供AS模式，目前只支持Cyclone系列。使用Altera串行配置器件来完成。Cyclone期间处于主动地位，配置期间处于从属地位。配置数据通过DATA0引脚送入FPGA。配置数据被同步在DCLK 输入上，1个时钟周期传送1位数据。(见附图) PS则由外部计算机或控制器控制配置过程。通过加强型配置器件（EPC16，EPC8，EPC4）等配置器件来完成，在PS配置期间，配置数据从外部储存部件，通过DATA0引脚送入FPGA。配置数据在DCLK 上升沿锁存，1个时钟周期传送1位数据。(见附图) JTAG接口是一个业界标准,主要用于芯片测试等功能,使用IEEE Std 1149.1联合边界扫描接口引脚，支持JAM STAPL标准，可以使用Altera下载电缆或主控器来完成。 FPGA在正常工作时，它的配置数据存储在SRAM中，加电时须重新下载。在实验系统中，通常用计算机或控制器进行调试，因此可以使用PS。在实用系统中，多数情况下必须由FPGA主动引导配置操作过程，这时FPGA将主动从外围专用存储芯片中获得配置数据，而此芯片中fpga配置信息是用普通编程器将设计所得的pof格式的文件烧录进去。 专用配置器件：epc型号的存储器 常用配置器件：epc2,epc1,epc4,epc8,epc1441(现在好象已经被逐步淘汰了)等 对于cyclone cycloneII系列器件,ALTERA还提供了针对AS方式的配置器件,EPCS系列.如EPCS1,EPCS4配置器件也是串行配置的.注意,他们只适用于cyclone系列. 除了AS和PS等单BIT配置外，现在的一些器件已经支持PPS，FPS等一些并行配置方式，提升配置了配置速度。当然所外挂的电路也和PS有一些区别。还有处理器配置比如JRUNNER 等等，如果需要再baidu吧，至少不下十种。比如Altera公司的配置方式主要有Passive Serial(PS),Active Serial(AS),Fast Passive Parallel(FPP),Passive Parallel Synchronous(PPS),Passive Parallel Asynchronous(PPA),Passive Serial Asynchronous(PSA),JTAG等七种配置方式，其中Cyclone支持的配置方式有PS，AS，JTAG三种. 对FPGA芯片的配置中，可以采用AS模式的方法，如果采用EPCS的芯片，通过一条下载线进行烧写的话，那么开始的"nCONFIG,nSTATUS"应该上拉，要是考虑多种配置模式，可以采用跳线设计。让配置方式在跳线中切换,上拉电阻的阻值可以采用10K 在PS模式下tip:如果你用电缆线配置板上的FPGA芯片,而这个FPGA芯片已经有配置芯片在板上,那你就必须隔离缆线与配置芯片的信号.(祥见下图).一般平时调试时不会把配置芯片焊上的,这时候用缆线下载程序.只有在调试完成以后,才把程序烧在配置芯片中, 然后将芯片焊上.或者配置芯片就是可以方便取下焊上的那种.这样出了问题还可以方便地调试. 在AS模式下tip: 用过一块板子用的AS下载，配置芯片一直是焊在板子上的，原来AS方式在用线缆对配置芯片进行下载的时候，会自动禁止对FPGA的配置，而PS方式需要电路上隔离。 一般是用jtag配置epc2和flex10k,然后epc2用ps方式配置flex10k.这样用比较好.（这是我在网上看到的,可以这样用吗?怀疑中）望达人告知.

基于FPGA芯片的最小系统设计

黑龙江大学本科生 毕业论文（设计）档案编码： 学院：电子工程学院 专业：电子信息工程 年级：2007 学生姓名：王国凯 毕业论文题目：基于FPGA 的电梯自动控制 系统设计

摘要 本文在介绍了在当前国内外信息技术高速发展的今天，电子系统数字化已成为有目共睹的趋势。从传统的应用中小规模芯片构成电路系统到广泛地应用单片机，直至今天FPGA 在系统设计中的应用，电子设计技术已迈人了一个全新的阶段。FPGA 利用它的现场可编程特性，将原来的电路板级产品集成为芯片级产品，缩小体积，缩短系统研制周期，方便系统升级，具有容量大、逻辑功能强，提高系统的稳定性，而且兼有高速、高可靠性。越来越多的电子设计人员使用芯片进行电子系统的设计,通过基于FPGA 电梯系统开发设计，说明了FAPG 芯片研究的动机和研究意义。 关键词 FPGA；电梯系统；FLEX10K；JTAG；模块设计

Ab s t ract This paper introduces the rapid development of information technology around the world today. Digitalized electronic systems have become the trend. From the traditional application of small and medium-chip circuitry to Microcontroller and FPGA application in system design, electronic design technology is stepping into a new field. By using its field programmable features, FPGA changes the original circuit board-level products to the chip-level integration products. Now FPGA has advantages of reduced the size, shorten development cycle, facilitated in system upgrades, highly capacity, strong logic functions, stable system and high speed. More and more electronic designers use FPGA to design electronic systems. This paper shows the motivation and significance of designing by FPGA through the elevator FPGA system design. Ke ywo r d FPGA; Mini-System; FLEX10K; JTAG；Module design

fpga芯片速度等级认识

最初接触speed grade这个概念时，很是为Altera的-6、-7、-8速度等级逆向排序的方法困惑过一段时间。不很严密地说，“序号越低，速度等级越高”这是Altera FPGA的排序方法，“序号越高，速度等级也越高”这是Xilinx FPGA的排序方法。riple 从那时起，就一直没搞明白speed grade是怎么来的，唯一的概念是：同一款芯片可以有多个速度等级，不同的速度等级代表着不同的性能，不同的性能又导致芯片价格的巨大差异。脑子里总有一个模模糊糊的推测：FPGA厂家为了提高利润，专门给同一款芯片生产了不同的速度等级。riple 直到一年前和一位学过IC设计的同事hammer讨论这一问题时，才有了新的认识：对FPGA 厂家来说，为了得到同一款芯片的不同速度等级而专门设计不同的芯片版图是不划算的；所以芯片的速度等级不应该是专门设计出来的，而应该是在芯片生产出来之后，实际测试标定出来的；速度快的芯片在总产量中的比率低，价格也就相应地高。riple 这一解答很是合理，纠正了我 的一个错误认识。但是我仍然有两点困惑：1. 是什么因素导致了同一批芯片的性能差异； 2. 如果因素已知，为什么不人为控制这些因素，提高高速芯片的产率，达到既增加芯片厂商的利润又降低高速芯片价格的目的呢。riple 前些天在博客里看到huge朋友的一篇FPGA speed grade，激发了我进一步探索上述问题的动力。通过在网络上搜索，逐步得到了以下一些认识：riple 1. 芯片的速度等级决定于芯片内部的门延时和线延时，这两个因素又决定于晶体管的长度L 和容值C，这两个数值的差异最终决定于芯片的生产工艺。怎样的工艺导致了这一差异，我还没找到答案。riple 2. 在芯片生产过程中，有一个阶段叫做speed binning。就是采用一定的方法、按照一组标准对生产出来的芯片进行筛选和分类，进而划分不同的速度等级。“测试和封装”应该就包含这一过程。riple 关于speed binning的技术有很多专利：riple Integrated circuit with adaptive speed binning Semiconductor device with speed binning test circuit and test method thereof Binning for semi-custom ASICs Method and apparatus for determining wafer quality profiles Method of sorting dice by speed during die bond assembly and packaging to customer order Method for prioritizing production lots based on grade estimates and output requirements 3. 速度等级的标定不仅仅取决于芯片本身的品质，还与芯片的市场定位有很大关系，返修概率和成本也是因素之一。riple 4. 芯片的等级可以在测试后加以具体调整和改善，在存储器芯片的生产中这一技术应用很广泛。riple 5. 芯片生产的过程是充满各种变数的，生产过程可以得到控制，但是控制不可能精确到一个分子、一个原子，产品质量只能是一个统计目标。同一个wafer上的芯片会有差异，即使是同一芯片的不同部分也是有差异的。速度等级是一个统计数字，反映了一批芯片的某些共同特性，不代表个别芯片的质量。而且由于某些芯片的测试是抽样进行的，也不排除个别芯片的个别性能会低于标定的速度等级。不过，据说FPGA的测试是极严格的，很可能我们拿到手的芯片个个都经过了详尽的测试。这也是FPGA芯片价格高于普通芯片的原因。riple 6. 同一等级的芯片中的绝大多数，其性能应该高于该速度等级的划分标准。这也是为什么在FPGA设计中，有少许时序分析违规的设计下载到芯片中仍然能够正常运行的原因（时序分析采用的模型参数是芯片的统计参数，是最保守也是最安全的）。不过，由于同一等级的芯片仍然存在性能差异，存在时序违规但是单次测试成功的FPGA设计不能确保在量产

FPGA 芯片的发展史及未来趋势报告

目录 摘要 (1) 一、FPGA 简介 (1) 二、可编程器件的发展史 (2) 三、FPGA 的发展史 (3) 3.1 Xilinx 公司 (3) 3.2 Altera 公司 (4) 四、FPGA 的应用 (4) 4.1 视频分割系统 (4) 4.2 数据延迟器和存储设计 (5) 4.3 通信行业 (5) 4.4 其它应用 (5) 五、FPGA的发展趋势 (5) FPGA 芯片的发展史及未来趋势

摘要 本课程报告主要介绍了 FPGA 的发展历史、应用以及发展趋势。在过去 20 多年中，应用领域的变化和半导体制造工艺的进步，对 FPGA 设计者不断提出各 种挑战。为满足用户和市场日益变化的需求，FPGA 不断在密度、功能、性能和 功耗等方面演变；面对深亚微米工艺带来的各种不良影响，如漏电流、良率、设 计复杂度等，又迫切需要最切实际的解决方案。随着挑战的发展，可以预言，未 来 FPGA 的设计技术必将继续呈现出巨大的创新与进步。 关键词：FPGA；FPGA 发展； 一、FPGA 简介 FPGA（Field－Programmable GateArray），即现场可编程门阵列，它是在 PAL、GAL、CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克 服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA 的基本结构包括可编程输入输 出单元，可配置逻辑块，数字时钟管理模块，嵌入式块 RAM，布线资源，内嵌 专用硬核，底层内嵌功能单元。由于 FPGA 具有布线资源丰富，可重复编程和集 成度高，投资较低的特点，在数字电路设计领域得到了广泛的应用。FPGA 的设 计流程包括算法设计、代码仿真以及设计、板机调试，设计者以及实际需求建立 算法架构，利用 EDA 建立设计方案或 HD 编写设计代码，通过代码仿真保证设 计方案符合实际要求，最后进行板级调试，利用配置电路将相关文件下载至 FPGA 芯片中，验证实际运行效果。 FPGA 设计不是简单的芯片研究，主要是利用 FPGA 的模式进行其他行业产 品的设计。与 ASIC 不同，FPG 在通信行业的应用比较广泛。通过对全球 FPGA 产品市场以及相关供应商的分析，结合当前我国的实际情况以及国内领先的 FPGA 产品可以发现相关技术在未来的发展方向，对我国科技水平的全面提高具 有非常重要的推动作用。 与传统模式的芯片设计进行对比，FPGA 芯片并非单纯局限于研究以及设计 芯片，而是针对较多领域产品都能借助特定芯片模型予以优化设计。从芯片器件 的角度讲，FPGA 本身构成了半定制电路中的典型集成电路，其中含有数字管 理模块、内嵌式单元、输出单元以及输入单元等。在此基础上，关于 FPGA 芯片 有必要全面着眼于综合性的芯片优化设计，通过改进当前的芯片设计来增设全新 的芯片功能，据此实现了芯片整体构造的简化与性能提升。

FPGA芯片命名规则

Altera的命名规则如下： 工艺+版本+型号+LE数量+封装+器件速度。 举例： EP2C20F484C6 EP 工艺 2C cyclone2 （S代表stratix。A代表arria) 20 2wLE数量 F484 FBGA484pin 封装 C6 八速数字越小速度越快。 那么首先： LE数量在同等器件信号的同时越多的越好。同时越贵 管脚数量在同等情况下越多越好。 器件速度越快越好。 FPGA可能没有先进性一说：不同产品不同用途。 cyclone系列：一共3代cyclone系列是FPGA的A版入门产品。涵盖面广，而且对应的器件无论功耗和速度都不错。在小规模设计上与xilinx的spartan3A竞争低端市场。 stratix：总共4代的stratix直瞄大规模。数字信号处理以及片上系统等高端市场。无论是器件速度还是内部资源都是全新的构架。至于片上系统以及内部DSP，stratix4和高端xilinx vertix5成为了两大公司在高端市场的主流。 ALTERA产品型号命名 XXX XX XX X XX X X 1 2 3 4 5 6 7 工艺+ 型号+ LE数量+ 封装+ 管脚数目+ 温度范围+ 器件速度。 1．前缀： EP 典型器件 EPC 组成的EPROM 器件 EPF FLEX 10K 或FLFX 6000 系列、FLFX 8000 系列 EPM MAX5000 系列、MAX7000 系列、MAX9000 系列 EPX 快闪逻辑器件 2．器件型号 3．LE数量: XX(k) 4．封装形式： D 陶瓷双列直插 Q 塑料四面引线扁平封装 P 塑料双列直插 R 功率四面引线扁平封装 S 塑料微型封装 T 薄型J 形引线芯片载体 J 陶瓷J 形引线芯片载体 W 陶瓷四面引线扁平封装 L 塑料J 形引线芯片载体 B 球阵列 5．管脚 6．温度范围：

关于FPGA芯片结构,工作原理以及开发流程知识详解

关于FPGA芯片结构，工作原理以及开发流程知识详解 1.FPGA概述FPGA是英文FieldProgrammableGateArray的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点 2.FPGA芯片结构FPGA芯片主要由三部分组成，分别是IOE（inputoutputelement，输入输出单元）、LAB（logicarrayblock，逻辑阵列块，对于Xilinx称之为可配置逻辑块CLB）和Interconnect（内部连接线）。 2.1 IOE IOE是芯片与外部电路的物理接口，主要完成不同电气特性下输入/输出信号的驱动与匹配要求，比如从基本的LVTTL/LVCMOS接口到PCI/LVDS/RSDS甚至各种各样的差分接口，从5V兼容到 3.3V/2.5V/1.8V/1.5V的电平接口，下面是ALTERA公司的CycloneIVEP4CE115F29设备的IOE结构 FPGA的IOE按组分类，每组都能够独立地支持不同的I/O标准，通过软件的灵活配置，可匹配不同的电器标准与IO物理特性，而且可以调整驱动电流的大小，可以改变上/下拉电阻，CycloneIV设备有8个IOblank（组），见下图： 2.2 LAB LAB是FPGA的基本逻辑单元，其实际的数量和特性依据所采用的器件的不同而不同，EP4CE115F29设备的每个LAB的布局包括16个LE、LAB控制信号、LEcarrychains、Registerchains和Localinterconnect，其LAB结构图如下： LE是CycloneIV设备最小的逻辑单元，每个LE主要有LUT和寄存器组成的， 查找表LUT（Look-Up-Table）其本质是一个静态存储器SRAM，目前FPGA多采用4输