基于FMC标准的FPGA夹层卡I/O设计

　　选定尺寸之后，板设计人员就要在两种不同连接器间做出选择，以用作 FMC 标准到载卡上 FPGA 的接口：一种是具有 160 个引脚的低引脚数 (LPC) 连接器，另一种则是具有 400 个引脚的高引脚数 (HPC) 连接器。这两种连接器均支持高达 2 Gb/s 的单端和差分信号传输速率，且到 FPGA 串行连接器的信号传输速率高达 10 Gb/s。

　　除了 68 个用户定义的单端信号或者 34 个用户定义的差分对外，LPC 连接器还提供了 1 个串行收发器对、时钟、JTAG 接口和 1 个作为基础智能平台管理接口 (IPMI) 命令可选支持的 I2C 接口。而 HPC 连接器则提供了 160 个用户定义的单端信号(或者 80 个用户定义的差分对)、10 个串行收发器对以及更多时钟。

　　HPC 和 LPC 连接器都使用相同的机械式连接器，唯一的差别在于实际上移植哪些信号，因此采用 LPC 连接器的卡也能插入 HPC 处，而且只要适当设计，HPC 卡在插入 LPC 处时还能提供诸多派生功能。

　　图 2 显示的是赛灵思的一个实例板，该板采用了 Virtex'-6 FPGA和两种 FMC连接器(一个 LPC 和一个 HPC)。

　　图 2：ML605 评估板

　　FMC 标准支持众多现有的业界标准载卡尺寸，包括 VME、CompactPCI、VXS、VPX、VPX-REDI、CompactPCI Express、AdvancedTCA 以及 AMC 等。FMC标准还定义了一系列环境配置，包括低成本商用级尺寸乃至强化的传导式散热选项。

　　FMC的市场机会

　　将 FMC 标准和 FPGA 的多样性结合在一起，可带来一系列有趣的市场和应用商机。航空与国防、医疗、工业、电信、视频及其它等市场通常高度依靠 FPGA来实现其数字信号处理 (DSP) 性价比优势，并满足各种不同的 I/O 要求。不过，过去每个市场及给定市场中的每个应用都需要不同的板设计。

　　FMC 标准的出现将板设计进行了模块化，分为处理引擎(载卡)和 I/O 引擎(FMC 模块)两大部分。设计人员现在能重复利用单个载卡(包括一个或多个FPGA 以及适当数量和类型的 FMC 连接器和板)作为多种不同市场和应用的基础。此外，借助性能更高、功能更强的新型 FPGA 产品，设计人员能在确保与现有 FMC 模块全面兼容的同时轻松升级到新载卡。

　　粗略看看上述部分市场的尺寸、I/O 及处理要求，我们能看出问题的所在。举例来说，广播视频应用通常需要接入 4 个或更多 SDI 连接器、10 Gb 以太网及其它收发器连接器;就无线基站应用而言，基带处理通常采用处理速度达 3.12510 Gb/s、尺寸为 ATCA/AMC 的板，这就需要将 FPGA 和传统 DSP 进行组合，并在无线电前端上采用高速 I/O(100500 MHz、1216 位分辨率);航空与国防市场倾向于采用 VME 和 cPCI 尺寸的板，但处理要求大不相同。举例来说，雷达处理的采样率类似于无线电应用，但通常分辨率更高。而军事卫星基站应用通常使用更高的采样率，但分辨率较低(814 位)。

　　显然，单就我们所说的少数一些应用而言，处理和 I/O 要求就已经千差万别了，因此我们可以想象，采用 FPGA 的各种不同应用会有多大不同的需求。尽管我们比较清楚地了解了这些应用的不同处理要求，且得到了成熟板行业提供的丰富的硬件解决方案的支持，但此前工程师们不得不花费大量宝贵的设计时间来创建定制硬件或处理复杂(经常也是不必要的)总线协议问题。

　　FMC 标准将 FPGA 与 I/O 引擎相分离，从而解决了上述问题。它使设计人员能从专门支持其终端应用的大量 COTS 产品中选择适当尺寸的适当处理引擎和适当的 I/O 引擎。此外，FMC 标准还使厂商能为评估和开发创建统一的系统，随后还能量产部署，从而大幅降低成本，并显著缩短了产品上市时间。