开源的FPGA设计方案:基于Xilinx Kintex-7的Xenie FPGA模块

作者:清风流云

背景:
DFC设计公司是一家传统的电子设计服务公司,其产品主要涉及基于FPGA和DSP技术的高端电子硬件及PCB设计、专用电子产品设计、机器视觉设计以及下面将会重点介绍的FPGA设计。FPGA设计的工作范围包括简单的逻辑、DSP、视频、网络功能和IP核集成。在FPGA设计中,DFC推出的Xenie是一个通用的FPGA模块系列,该系列模块都集成了一个10Gbit的以太网物理层芯片、1GB的DDR3 SDRAM、可配置的SPI Flash存储区以及最关键的Xilinx Kintex系列芯片。

Xenia FPGA模块:
最近,DFC设计团队推出了Xenie FPGA模块系列中又一位新成员。新模块中集成了一个Xilinx Kintex-7 FPGA(一个70T或一个160T)芯片,同时在小板卡上还增加了一个Marvell的Alaska X88X3310P 10GGBASE-T PHY 芯片(见图1)。由于模块中集成了功能强大的Kintex-7 FPGA芯片,使得该模块可以提供六个12.5Gbps的GTX收发器,同时还有三个全FPGA 可编程的I/O bank(可配置为一套150个单端I/O或72个差分I/O对),这些I/O的工作电压可以根据用户需求进行配置。此外,模块中还有两个高速、高针数、板对板的连接器。除Xenie之外,DFC还推出了Xenie BB 挂载母板(见图2),可以将Xenie FPGA模块直接插在BB载体板卡上使用。此外,通过挂载母板,可以将高速GTX 收发器连接到一个10GBASE-T RJ45连接器,同时母板上还有一个SFP+ 光笼,四个SDI连接器(两个输入和两个输出)。

下图为Xenia FPGA模块及其方框图:

图1:Xenia FGA模块基于一个Xilinx Kintex-7 FPGA

图1:Xenia FGA模块基于一个Xilinx Kintex-7 FPGA

可以挂载Xenia FPGA模块的Xenie BB 母板如下所示:

图2:Xenie BB 母板

图2:Xenie BB 母板

不过,最值得兴奋的是,以上这些设计都是开源的。设计者可以直接从官方网站得到其设计及使用细节。此外,DFC还为这个设计开发出一个UDP核,此核可以直接从 OpenCores.org 网站上下载应用。同时DFC就Xenie模块推出了两个设计示例:一个为以太网设计,一个为高速camera设计。以下分别为这两种设计的方框图:

图3:以太网设计框图(左),高速Camera设计框图(右)

图3:以太网设计框图(左),高速Camera设计框图(右)

总结:
随着设计需求的不断增多,对设计技术的要求也在不断提高。虽然目前市场上功能强大的芯片十分丰富,但是却存在灵活性及资源浪费的问题,其设计往往缺少自主化,而FPGA的使用为现在及未来的自定义设计提供了极大可能,同时可以有效提高资源的利用率。