【友晶科技Terasic】FMC定義 HPC、LPC、FMC+有什么區別 (VITA 57.1及VITA 57.4標准)



近幾年友晶科技出了很多帶有FMC 接口的FPGA主板和子卡,細看會發現有的標HPC, 有的標LPC ,還有標FMC+的,對不熟悉硬件的軟件開發人員來說, FMC引腳超級多, 一下子真分不出這些接口的具體區別,所以也搞不清楚什么FMC主板可以配什么FMC子卡。

1. 什么是FMC接口

FMC是英文FPGA Mezzanine Card(FPGA 夾層卡)的縮寫,用於FPGA IO和通訊部件之間的連接。實現FPGA具有重配置IO能力的引腳與其他的FMC子卡IO連接。其信號完整性可以保證高達幾G/bps的信號通信。其遵循的是ANSI/VITA 57 的標准。

2. VITA 57.1 和 VITA57.4

VITA57.4是Samtec推出的基於VITA57.1進行擴展后的標准,新標准:

  • 將千兆接口的數量從10個增加到32個
  • 將千兆接口的數據傳輸速度從10Gbps提高到28Gbps
  • 保持與VITA57.1 FMC模塊的向后兼容

FMC HPC 和 FMC LPC 支持VITA57.1標准, FMC+支持VITA57.4標准。

3. HPC和LPC及FMC+

HPC縮寫: High pin connector,LPC縮寫:Low Pin connector

  • FMC HPC 引腳10x40=400
  • FMC LPC 引腳4x40=160
  • FMC+ 引腳14x40=560

The 10x40 rows of an FMC HPC connector provides pins for up to:
•160 single-ended or 80 differential user-defined signals
•10 GTX transceivers
• 2 GTX clocks
• 4 differential clocks
•159 ground and 15 power connections

4. 兼容性

HPC的主板可以兼容LPC的子卡。
如果主板是LPC 接口,而子卡是HPC接口,那可以直接判斷不兼容。
FMC+接口 比 FMC 接口多 4x40個引腳,但FMC+接口是向下 兼容 FMC接口的, 可以直接用。Apollo S10 SOM: http://www.terasic.com.cn/cgi-bin/page/archive.pl?Language=China&CategoryNo=250&No=1245&PartNo=3#contents

FMC HPC和 FMC LPC 接口的外形尺寸(物理尺寸)是一樣的,比如友晶科技TR5的FPGA主板有2個HPC接口和2個LPC接口,區別是FMC LPC的接口的金屬引腳比FMC HPC少一些,但其物理尺寸是一樣的:
http://www.terasic.com.cn/cgi-bin/page/archive.pl?Language=China&CategoryNo=160&No=1065&PartNo=1#contents

友晶科技的 D8M-FMC子卡 是FMC LPC接口的:http://www.terasic.com.cn/attachment/archive/1072/image/D8M-FMC_layout_B.jpg
友晶科技的XTS-FMC子卡是FMC HPC接口的:http://www.terasic.com.cn/attachment/archive/1132/image/XTS_layout_bot_web.jpg
其實可以看到:兩個子卡的接口外形是一樣大小,只是LPC接口的FMC最外面兩側是無金屬引腳的:

LPC(=160pin) + HPC(=240pin) = 400pin( full pin ) ,可參考原文:
The VITA 57.1 FMC standard calls for two connector densities: a high pin count (HPC) and a low pin count (LPC) implementation. A 400 pin 10x40 position connector form factor is used for both versions. The HPC version is fully populated with all 400 pins present. The LPC version is partially populated with 160 pins.

5. 附友晶科技各個板子與子卡接口情況

下面羅列友晶科技的各個主板和子卡的FMC接口的具體情況。

主板:

TR5
2個HPC 2個LPC。
1.2V/1.5V/1.8V/2.5V/3.0V
A口: 10個收發器
B口: 1個收發器
C口: 1個收發器
D口: 10個收發器

HAN:
1個HPC。
10個收發器
VADJ 1.2V/1.5V/1.8V

A10SOC
1個標准HPC 提供10個收發器
1個FMC提供16個收發器。
電壓1.8v

A5SOC:
HPC 但只提供8個收發器

C10GFP:
A10GFP: LPC+ 提供2個FMC接口, 每個接口提供16個收發器

子卡:

ADC-FMC
HPC,無需收發器通道
VADJ = 1.8V
支持的主板:TR5, HAN,A10GFP 引腳配不上。A5SOC引腳配不上。

HDMI-FMC
HPC,無需收發器通道.
可支持的主板:A10SOC(要修改電路),HAN, TR5,A5GT(停產) A5SOC 引腳對應不上。

SDI-FMC
HPC, 2個12G 收發器通道 2個3G收發器通道,
可支持的主板: HAN,A10GFP,A10SOC(有工程:A10SoC_12G_SDI)TR5沒有實際測試過,而且目前Intel提供的12G IP (https://www.altera.com/en_US/pdfs/literature/ug/ug_sdi_ii.pdf)也不支持Stratix V 等器件。A5GT 速度達不到12G ,C10GFP 收發器引腳對不上。

NET-FMC
HPC,無需收發器通道,
2.5v電壓
可支持的主板:TR5, ,不能搭配A10SOC 和 HAN(電平不匹配 1.8v)

XTS-FMC
HPC, 需要4個收發器通道
可支持的主板:TR5, HAN, A10SOC,A10GFP

D8M-FMC:
LPC, 無需收發器通道
可支持的主板:TR5, HAN, A10SOC, A10GFP A5SOC (TMD接口支持不了)

FMC loopback測試卡

友晶科技還提供了FMC loopback測試卡,https://ic-item.jd.com/10041921791464.html#crumb-wrap,其中
FMC+ loopback 配Apollo_S10 SOM主板、Intel® Stratix® 10 TX Signal Integrity Development Kit等;
FMC loopback可以配任何FMC HPC和 FMC LPC的主板。

6. FMC相關參考資料

http://vita.mil-embedded.com/articles/fmc-steps-up/
http://www.hitechglobal.com/FMCModules/FMC-Cards-SelectionGuide.htm
https://www.mistralsolutions.com/newsletter/Dec15/FMC-to-FMC-Keeping-up-with-New-FPGAs-and-Analog-IO-white-paper.pdf
http://vita.mil-embedded.com/articles/fmc-embedded-design-new-heights/
https://max.book118.com/html/2017/0410/99689088.shtm


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