FPGA技术发展探究.docx
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1、FPGAA技术发发展探究究 一一 绪绪言 自19985年年Xillinxx公司推推出第一一片现场场可编程程逻辑器器件(FFPGAA)至今今,FPPGA已已经历了了十几年年的发展展历史。在这十十几年的的发展过过程中,以FPPGA为为代表的的数字系系统现场场集成技技术取得得了惊人人的发展展:现场场可编程程逻辑器器件从最最初的112000个可利利用门,发展到到90年年代的225万个个可利用用门,乃乃至当新新世纪来来临之即即,国际际上现场场可编程程逻辑器器件的著著名厂商商Altteraa公司、Xillinxx公司又又陆续推推出了数数百万门门的单片片FPGGA芯片片,将现现场可编编程器件件的集成成度提高
2、高到一个个新的水水平。纵纵观现场场可编程程逻辑器器件的发发展历史史,其之之所以具具有巨大大的市场场吸引力力,根本本在于:FPGGA不仅仅可以解解决电子子系统小小型化、低功耗耗、高可可靠性等等问题,而且其其开发周周期短、开发软软件投入入少、芯芯片价格格不断降降低,促促使FPPGA越越来越多多地取代代了ASSIC的的市场,特别是是对小批批量、多多品种的的产品需需求,使使FPGGA成为为首选。 目前,FPGGA的主主要发展展动向 是:随着着大规模模现场可可编程逻逻辑器件件的发展展,系统统设计进进入片片上可编编程系统统(SSOPCC)的新新纪元;芯片朝朝着高密密度、低低压、低低功耗方方向挺进进;国际际
3、各大公公司都在在积极扩扩充其IIP库,以优化化的资源源更好的的满足用用户的需需求,扩扩大市场场;特别别是引人人注目的的所谓FFPGAA动态可可重构技技术的开开拓,将将推动数数字系统统设计观观念的巨巨大转变变。 二 Xillinxx公司研研制开发发的FPPGA系系列产品品的主要要特征 Xiliinx公公司自发发明FPPGA以以来,就就不断的的推出新新器件和和开发工工具,力力求芯片片的速度度更高、功耗更更低。在在其新近近开发的的产品中中,Xiilinnx重新新定义了了未来的的可编程程逻辑,为用户户提供22.5vv,3.3v和和5v可可编程逻逻辑系列列选择,并利用用先进的的0.118-、0.222-
4、、0.225-、0.335umm工艺技技术生产产出低成成本、高高性能的的可编程程逻辑产产品。主主要推出出了Viirteex系列列和SppanttanTTM系列列的FPPGA。Virrtexx系列突突破了传传统FPPGA密密度和性性能限制制,使 FPGGA不仅仅仅是逻逻辑模块块,而成成为一种种系统元元件(如如图一所所示)。 而SSpanntannTM系系列为替替代ASSIC的的大容量量FPGGA树立立了一个个新的低低成本标标准。图1 VVirttex系系列使FFPGAA从连接接逻辑提提升至系系统的核核心部件件 VVirttex 系列FFPGAA集成了了许多满满足系统统级设计计要求的的新性能能,具
5、有有独特的的结构特特点如图图2。整整个Viirteex系列列由九种种器件组组成,系系统门数数从5万万到1000万门门(1,7288到277,6448个逻逻辑单元元);提提供给用用户的II/O引引脚数最最多超过过5000个;采采用多种种封装形形式,包包括先进进的1.0mmmFinnePiitchhTMBBGA和和0.88mm芯芯片封装装;采用用5层金金属的00.222微米CCMOSS工艺,实现55V容差差的I/O接口口;借助助于优选选的时序序驱动的的布局和和布线工工具,在在4000MHzz的PCPUU上,编编译速度度可达220万门门/秒。图2 VVirttex系系列的内内部结构构 Virrtex
6、x系统的的独特结结构使它它具有以以下一些些重要性性能: 拥有四四重数字字化延时时锁定电电路(DDLL),用于于内外时时钟同步步;使芯芯片到芯芯片间的的通讯速速度达到到2000MHzz;所有有器件从从时钟到到输出的的延时均均小于33ns;时钟可可倍频和和分频,可进行行00,9000,18800,27000相移移。 各种密密度产品品均设置置向量式式互连,使布线线快速可可预测,与内核核配合良良好。 Virrtexx支持33级存储储。它的的SellecttRAMM+存储储层为字字节级(分布式式存储)、千字字节级(块存储储)和兆兆字节级级(与外外部DRRAM和和SRAAM的SSSTLL3接口口)存储储块
7、提供供很高的的频宽。 采用SSeleectII/OTTM技术术,同时时支持多多种电压压和信号号标准。兼容666MHHz/664比特特PCII和Coompaact PCII。 在推出出Virrtexx FPPGA之之后不到到一年,Xillinxx又推出出了Viirteex-EE系列产产品,其其性能和和密度可可与ASSIC匹匹敌。VVirttex-E系列列产品的的主要特特点是:拥有 3200万个系系统门;8322k位的的真双端端口内部部块状RRAM;8个DDLL并并支持超超过200种不同同的信号号标准,包括LLVDSS、Buus LLVDSS以及LLVPEECL;采用00.188um工工艺制造造,
8、在单单个器件件上实现现了2.1亿个个晶体管管的密度度。总之之,Viirteex和VVirttex-E 系系列不仅仅将FPPGA性性能推向向一个新新层面,还解决决了向系系统集成成的挑战战。 Xillinxx产品的的另一个个发展方方向是实实现可编编程逻辑辑器件在在大批量量生产中中的应用用,所以以对成本本要求更更高。SSparrtann系列是是以XCC40000系列列结构为为基础,并结合合了片上上RAMM 、强强大的IIP库支支持和大大容量、低价格格的特点点,使其其可在大大批量生生产中替替代ASSIC。 Spaartaan系列列的主要要特点是是:系统统门数可可达400,0000门;灵活的的片上存存储
9、器,分布式式和块存存储器;4个数数字延迟迟锁相环环,有效效的芯片片级/板板级时钟钟管理;Sellectt I/O技术术保证同同所有主主要总线线标准如如HSTTL、GG TL、SSSTLL等的接接口;具具有功率率管理(睡眠模模式)。 三 Allterra公司司研制开开发的FFPGAA系列产产品的主主要特征征 Altteraa公司自自从事FFPGAA的开发发研制以以来,不不断的进进行技术术创新,研制开开发新产产品。该该公司的的基于CCMOSS的现场场可编程程逻辑器器件同样样具有高高速、高高密度、低功耗耗的特点点。近期期,Allterra公司司主要有有四个品品种系列列:胶合合(gllue)逻辑类类的
10、MAAX,低低价位的的ACEEX系列列、高速速FLEEX系列列、高密密度的AAPEXX系列。 Altteraa 公司司针对通通信市场场推出的的新型低低成本器器件-ACEEX系列列(以前前的名称称是ACCE)。该系列列的主要要特点为为:密度度范围从从1万到到10万万门(556,0000到到2577,0000系统统门);配备锁锁相环(PLLL),与与64位位、666MHZZ的PCCI兼容容;产品品系列从从原1.8v扩扩展至22.5vv;提供供系统速速度超过过1155MHZZ 的高高性能。 Altteraa公司还还对FPPGA的的结构进进行优化化,提供供更多的的嵌入式式RAMM。新近近推出的的FLE
11、EX 110KEE系列器器件是以以前的FFLEXX10KK系列器器件的增增强型,该系列列在结构构上采用用了与FFLEXX 100K系列列相同的的逻辑块块,但片片内嵌入入式RAAM是FFLEXX10KK系列的的两倍,而且增增加了一一个双端端口RAAM,这这对通信信应用来来说是一一个重要要的优势势所在。Altteraa公司预预计该系系列器件件可用于于66MMHZ的的工作频频率,密密度范围围为3万万255万门,能够用用于666MHZZ的PCCI和通通信应用用。 Altteraa 公司司的高密密度APPEX 20KKE系列列器件,其主要要特点是是:真正正实现了了的低压压差信号号(loow-vvoltt
12、agee diiffeerenntiaalsiignaalinng, LVDDS)通通道,并并提供8840兆兆比特的的数据传传输率。在APPEX220KEE系列中中的锁相相环(PPLL)可以提提供多种种LVDDS。设设计者可可以在11,4,7和8数据传传输模式式中实现现LVDDS II/O标标准。AAPEXX 200KELLVDSS界面如如图3所所示。图3 APEEX 220KEE LVVDS界界面 另一方方面,随随着现场场可编程程逻辑器器件越来来越高的的集成度度,加上上对不断断出现的的I/OO标准、嵌入功功能、高高级时钟钟管理的的支持,使得设设计人员员开始利利用现场场可编程程逻辑器器件来进进
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