基于K7+V7 的高性能 双FMC 6U VPX 载板

K7+V7双FPGA载板特性与应用

基于K7+V7 的高性能 双FMC 6U VPX 载板,板载 2 个 HPC 形式的 FMC 连接器(用于外部信号扩展)。该板卡采用国外器件与全国产化器件完全兼容的设计。

板卡选用了 Xilinx 公司 7 系 FPGA 中 Virtex 7 系 列 中 的XC7VX690T-2FFG1761I  (  或  者  复  旦  微   的JFM7VX690T36  )  和   Kintex   7   系  列  中   的XC7K325T-2FFG900I(或复旦微 JFM7K325T8)各  1  颗 , 组 成 双  FPGA  处 理 模 块 。

其 中XC7VX690T-2FFG1761I  (  或  者  复  旦  微   的JFM7VX690T36)搭配 2 组各 4 片 16bit 4Gb 的DDR3 SDRAM 作为缓存和 2 片 256Mb 的 SPI Flash 分别作为程序加载和数据存储。板卡具有多组高速 Serdes 到背板连接器,可根据需求支持PCIe3.0 或其他高速信号接口,同时具有多路标准GPIO 接口,客户可灵活使用。

通过 2 个HPC 的标准FMC (VITA57.1)接口向外部提供丰富、高速且可配置的数字I/O 资源。每个FMC 可提供 82 对高速差分线(含2 对差分时钟线)、8 组共 16 对超高速 DP 差分对及 2 对超高速差分时钟线。客户可以根据应用需求灵活地选择 FMC 子卡,比如 ADC 子卡、DAC 子卡以及光纤子卡等。同时可支持 Windows,Linux 上位机驱动。便于构建灵活、高效的开发及使用环境。

产品特性

Ø  FPGA 为 XC7VX690T-2FFG1761I(或者复旦 微 的 JFM7VX690T36 ) 和XC7K325T-2FFG900I ( 或 复 旦 微JFM7K325T8),提供高性价比的丰富的逻辑资源

Ø 提供 2 路 FMC 标准(VITA 57.1)子卡接口, 每路接口包括 82 对高速差分线(含 2 对差分时钟线)、8 组共 16 对超高速 DP 差分对及2 对超高速差分时钟线 

Ø    XC7VX690T-2FFG1761I ( 或者复旦微的JFM7VX690T36)搭配 2 组共 4GB 的高速DDR3 缓存和 2 颗 256Mb 的SPI Flash

Ø    XC7K325T-2FFG900I 搭 配 2 颗 256Mb 的SPI Flash

Ø    支持外时钟输入

Ø    同时支持 6Pin 排针式和 9pinJ30J 形式的JTAG 下载口

Ø    具有 16 路 Serdes 信号到背板 P1

Ø    支持多路 GPIO 到背板

Ø    预留支持中航的 HTA8506 光模块,支持 4 路光纤通路

Ø    预留双排针支持 13 路 3.3V 电平的GPIO

Ø    2 个SMA 接口,1 路TTL 电平 IN,1 路 TTL电平 OUT

Ø    标准 VPX 背板供电

Ø    标准 6U 尺寸 VPX 规范

Ø    支持导冷散热

应用

Ø    FPGA 信号处理

Ø    机器学习与人工智能算法

Ø    实时多算法处理的在线测试验证

Ø    测试测量快速环境搭建

Ø    无线、国防应用

其他支持

Ø    支持 DDR3 接口,千兆网接口等IP 的例程;

Ø    支持 Windows 驱动,Linux 驱动;

Ø    可插接大部分符合VITA57 规范的FMC 子卡;

Ø    可提供 FMC 子卡演示程序。 

### VPX高速连接器PCB设计规范和应用 #### 设计原则布局规划 VPX标准定义了一系列严格的物理尺寸和技术参数,确保不同制造商的产品可以互操作。对于3U模块而言,配置有P0、P1和P2三个连接器;而6U模块则在此基础上额外增加P3至P6四个连接器[^4]。这些连接器不仅承着电源传输的任务,更重要的是负责信号传递,特别是高速差分对如SerDes线路。 为了保证信号完整性,在进行PCB布线时需特别注意以下几点: - **阻抗控制**:保持恒定特性阻抗至关重要,通常为50Ω单端或100Ω差分模式。这可以通过调整走线宽度及其到参考平面的距离来实现。 - **长度匹配**:对于并行总线或者同步工作的多个通道来说,应尽可能使它们之间的路径长度相等,减少因延迟差异引起的定时误差。 - **串扰抑制**:通过合理安排相邻迹线间距以及利用接地层隔离敏感网络,降低干扰风险。 #### 材料选择制造工艺考量 选用低损耗基材有助于减小高频下介质吸收造成的衰减效应。常见的FR4材料可能无法满足GHz级别以上频率的要求,此时可考虑Rogers RO4350B这类专为射频优化的材。此外,表面处理方式也会影响接触可靠性及焊接质量,HASL(热风整平)、ENIG(化学镍金)都是不错的选择。 #### 实际案例分析 以一款基于K7+V7架构的高性能FMC接口6UVPX国产化为例,此款产品集成了两个HPC形式的FMC连接器用于外设扩展,并且内部包含了丰富的资源池供开发者调用。具体来讲,它采用了Xilinx公司生产的高端型号——XC7VX690T-2FFG1761I FPGA配合XC7K325T-2FFG900IFPGA构建核心计算单元,同时还配备了大容量DDR3内存阵列支持复杂算法运算所需的数据吞吐量[^3]。 ```python # Python伪代码展示如何初始化上述提到的部分硬件资源 def initialize_hardware(): fpga_1 = Xc7vx690t() fpga_2 = Xc7k325t() ddr_memory_bank_a = DDR3(4 * GB, 16 * bit) ddr_memory_bank_b = DDR3(4 * GB, 16 * bit) spi_flash_programming = SPIFlash(256 * MB) spi_flash_data_storage = SPIFlash(256 * MB) configure_fmc_connector('hpc') ```
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