FMC、FMC+ 详解

文章目录
FMC 简介
FMC 引脚输出定义
High-pin count (HPC) connector, HPC pinout
Low-pin count (LPC) connector, LPC pinout
Pin and signal description
FMC+ 简介
VITA57 标准更新历史
VITA57.4 标准推出的原因
FMC+ 引脚输出定义
Altera 开发板的 FMC 引脚定义
英特尔® Arria® 10 GX FPGA 开发套件
Xilinx 开发板的 FMC 引脚定义
AMD Kintex 7 FPGA KC705 评估套件
AMD Virtex 7 FPGA VC709 连接功能套件
ALINX 开发板
参考资料：
FMC 简介
FPGA 对 I/O 需求的变化适应性很强。在重新配置 FPGA 以实现新协议之后，只需更换物理 I/O 组件和连接器即可。除非 I/O 组件在扩展卡模块，否则需要改变板级设计。为了避免与设计变更相关的成本和工作量，设计人员一直依赖于 PCI Mezzanine Card (PMC) 和 Switched Mezzanine Card (XMC) 标准。然而，这些标准是多年前为单板计算机（SBCs）等通用解决方案开发的，而不是 FPGA。2008 年 7 月，随着美国国家标准协会（ANSI）批准和发布 VITA 57 FPGA Mezzanine Card (FMC) 标准，这种情况发生了变化。
下图为普通板级设计和基于 FMC 扩展卡的设计的区别：

FMC 标准由从 FPGA 供应商到最终用户的公司联盟开发，旨在为位于基板（载卡）上的 FPGA 提供标准的扩展卡外形、连接器和模块化接口。以这种方式将 I/O 接口与 FPGA 解耦，简化了 I/O 接口模块设计，同时最大限度地提高了载卡的可重复使用能力。与使用 PCI、PCI-X、PCle 或 Serial RapidIO 等复杂接口的 PMC 和 XMC 标准不同，FMC 标准只需要直接连接到载卡上的 FPGA 的核心 I/O 和收发器电路。复杂接口标准在 FMC 扩展卡上实现。如下图所示，FMC 扩展卡可以支持以下接口标准：

模拟 I/O：ADC 和 DAC
数字并行 I/O：例如，Camera Link，LVDS，FPDP
数字高速串行 I/O：例如，光纤，串行 FPDP，Gb/10Gb 以太网

FMC 标准为电路板开发人员提供稳定，直接和兼容的标准。FMC 标准的优点如下：

减少对扩展卡上复杂协议逻辑的需求
最大限度地提高数据吞吐量
最大限度地降低延迟
降低 FPGA 设计复杂性
最大限度地减少系统开销
比 PMCI、XMC 扩展卡具有更好的散热性能

FMC 标准定义了单宽度（69mm x 76.5mm）和双宽度（139mm x 76.5mm）的外形标准。单宽度模块支持单个连接器连接到载卡。双宽度模块专为需要额外带宽、更多前面板空间或更大 PCB 面积的应用而设计，最多支持两个连接器。FMC 标准的两个外观标准提供了额外的灵活性，可以根据空间、I/O 需求优化电路板。

一旦选定了外形尺寸，电路板开发人员就可以从两种不同的连接器中进行选择，作为从 FMC 标准到载卡上 FPGA 的接口：具有 160 引脚的低引脚数（LPC）连接器和具有 400 引脚的高引脚数（HPC）连接器。两者都支持高达 2 Gb/s 的单端和差分信号，以及高达 10 Gb/s 的 FPGA 串行收发器信号。LPC 连接器提供 68 个用户定义的单端信号（或 34 个用户定义的差分信号）。它还提供了 1 对串行收发器信号、时钟、一个 JTAG 接口和一个 I2C 接口，作为对基本智能平台管理接口（IPMI）命令的可选支持。HPC 连接器提供 160 个用户定义的单端信号（或 80 个用户定义的差分信号），10 对串行收发器信号和额外的时钟。

HPC 和 LPC 连接器使用相同的机械结构。唯一的区别是哪些信号是实际上被使用的。因此，具有LPC 连接器的扩展卡可以插入到 HPC 端子，并且如果设计得当，当插入到 LPC 端子时，具有 HPC 连接器的扩展卡可以提供功能的子集。下图显示了 Xilinx 的一个开发板，它具有 Virtex®-6 FPGA 和两个 FMC 连接器（一个 LPC 和一个 HPC）。

FMC 引脚输出定义
High-pin count (HPC) connector, HPC pinout
HPC 连接器有 10 排（A、B、C、D、E、F、G、H、J、K），每排 40Pin。下表总结了 HPC 连接器的引脚。
HPC connector pin summary

General pin function    Pin count
Gigabit data    40
Gigabit clocks    4
User data    160
User clocks    8
I2C    2
JTAG    5
State flags    5
Power supply    15
Ground    159
Reserved    2

Footprints can be viewed in Lib_Altium repository.

Low-pin count (LPC) connector, LPC pinout
LPC 连接器有 4 排（C， D， G， H），每排 40Pin。下表总结了 LPC 连接器的引脚。
LPC connector pin summary

General pin function    Pin count
Gigabit data    4
Gigabit clocks    2
User data    68
User clocks    4
I2C    2
JTAG    5
State flags    4
Power supply    10
Ground    61

Footprints can be viewed in Lib_Altium repository.

Pin and signal description

FMC+ 简介
FMC+ 是 FMC 的增强功能。它将 FPGA 串行收发器信号从 10 对增加到 32 对，数据速率高达 28Gbps。FMC+ 载卡允许向后兼容 FMC 扩展卡。FMC 要求由 ANSI/VITA 57.1 标准定义。FMC+ 要求由 ANSI/VITA57.4 标准定义。

VITA57 标准更新历史

VITA57.4 标准推出的原因