面临好像层出不穷的新 I/O 规范，现在嵌入式体系规划人员持续依托 FPGA 来布置体系日益重要的外部 I/O 接口，这点一点点家常便饭。FPGA 可供给很多可装备的 I/O，能在恰当 IP 根底上支撑简直无限多种高度杂乱的 I/O 规范。规划人员还能用 FPGA 履行流内 (in-stream) 数据处理，甚至以数千兆位级信号传输速率和带宽运转的协议。
FPGA 能够灵敏习惯 I/O 要求改变。FPGA 经重装备（除了替换物理 I/O 组件和衔接器外根本无需其它更改）后，便可布置新的协议。假如 I/O 不是施行在夹层模块上的话，那么这就意味着需求修正板的规划。为了防止规划更改形本钱钱和作业量的添加，规划人员曾经一向选用 PCI 夹层卡 (PMC) 和交流夹层卡 (XMC) 规范。不过，上述规范是十多年前针对单板计算机 (SBC) 等通用处理方案而并非 FPGA 开发的。2008 年 7 月，状况发生了改变，美国国家规范学会 (ANSI) 同意发布了 VITA 57 FPGA 夹层卡 (FMC) 规范。
FMC 规范由包含 FPGA 厂商和最终用户在内的公司联盟开发，旨在为根底板（载卡）上的 FPGA 供给规范的夹层卡尺度、衔接器和模块接口。经过这种方法将 I/O 接口与 FPGA 别离，不只简化了 I/O 接口模块规划，一起还最大化了载卡的重复运用率。与运用 PCI、PCI-X、PCIe 或 Serial RapidIO 等杂乱接口衔接到载卡的 PMC 和 XMC 规范不同，FMC 规范只需求中心 I/O收发器电路直接衔接至载卡上的 FPGA 即可。
这样做能够进步功率，然后带来许多明显优势：
• 数据吞吐量：支撑高达 10 Gb/s 的信号传输速率，夹层卡和载卡之间潜在总带宽达 40 Gb/s。
• 时延：消除了协议开支，防止了时延问题，保证确定性数据交给。
• 简化规划：无需了解 PCI、PCI Express 或 Serial RapidIO 等协议规范的专业技术。
• 体系开支：经过简化体系规划下降了功耗，缩短了工程规划时刻，并缩减了IP 核及资料本钱。
• 规划重复运用：不管是选用定制的内部板规划仍是商用制品 (COTS) 夹层卡或载卡，FMC 规范有助于将现有的 FPGA / 载卡规划从头用到新的 I/O 上，而这只需替换 FMC 模块并对 FPGA 规划略作调整即可。
FMC 规范的亮点
FMC规范界说了单宽度（69 毫米 x 76.5 毫米） 和双宽度（139 毫米 x 76.5 毫米）两种尺度。单宽度模块支撑到载卡的单个衔接器。双宽度模块首要面向需求更高带宽、更大前面板空间或较大PCB 面积的运用，支撑多达两个衔接器。FMC 规范供给两种尺度，能够愈加灵敏地依据空间、I/O 要求或许这两者的要求对板进行精心优化。图 1 给出了 FMC 载卡及多种 FMC 夹层卡示意图。
图 1：FMC 载卡和多种 FMC 夹层卡
选定尺度之后，板规划人员就要在两种不同衔接器间做出挑选，以用作 FMC 规范到载卡上 FPGA 的接口：一种是具有 160 个引脚的低引脚数 (LPC) 衔接器，另一种则是具有 400 个引脚的高引脚数 (HPC) 衔接器。这两种衔接器均支撑高达 2 Gb/s 的单端和差分信号传输速率，且到 FPGA 串行衔接器的信号传输速率高达 10 Gb/s。
除了 68 个用户界说的单端信号或许 34 个用户界说的差分对外，LPC 衔接器还供给了 1 个串行收发器对、时钟、JTAG 接口和 1 个作为根底智能渠道办理接口 (IPMI) 指令可选支撑的 I2C 接口。而 HPC 衔接器则供给了 160 个用户界说的单端信号（或许 80 个用户界说的差分对）、10 个串行收发器对以及更多时钟。
HPC 和 LPC 衔接器都运用相同的机械式衔接器，仅有的不同在于实际上移植哪些信号，因而选用 LPC 衔接器的卡也能刺进 HPC 处，并且只需恰当规划，HPC 卡在刺进 LPC 处时还能供给许多派生功用。
图 2 显现的是赛灵思的一个实例板，该板选用了 Virtex’-6 FPGA和两种 FMC衔接器（一个 LPC 和一个 HPC）。
图 2：ML605 评价板
FMC 规范支撑很多现有的业界规范载卡尺度，包含 VME、CompactPCI、VXS、VPX、VPX-REDI、CompactPCI Express、AdvancedTCA 以及 AMC 等。FMC规范还界说了一系列环境装备，包含低本钱商用级尺度甚至强化的传导式散热选项。
FMC的商场时机
将 FMC 规范和 FPGA 的多样性结合在一起，可带来一系列风趣的商场和运用商机。航空与国防、医疗、工业、电信、视频及其它等商场一般高度依托 FPGA来完成其数字信号处理 (DSP) 性价比优势，并满意各种不同的 I/O 要求。不过，曩昔每个商场及给定商场中的每个运用都需求不同的板规划。
FMC 规范的出现将板规划进行了模块化，分为处理引擎（载卡）和 I/O 引擎（FMC 模块）两大部分。规划人员现在能重复运用单个载卡（包含一个或多个FPGA 以及恰当数量和类型的 FMC 衔接器和板）作为多种不同商场和运用的根底。此外，凭借功用更高、功用更强的新式 FPGA 产品，规划人员能在保证与现有 FMC 模块全面兼容的一起轻松升级到新载卡。
大略看看上述部分商场的尺度、I/O 及处理要求，咱们能看出问题的地点。举例来说，播送视频运用一般需求接入 4 个或更多 SDI 衔接器、10 Gb 以太网及其它收发器衔接器；就无线基站运用而言，基带处理一般选用处理速度达 3.12510 Gb/s、尺度为 ATCA/AMC 的板，这就需求将 FPGA 和传统 DSP 进行组合，并在无线电前端上选用高速 I/O（100500 MHz、1216 位分辨率）；航空与国防商场倾向于选用 VME 和 cPCI 尺度的板，但处理要求大不相同。举例来说，雷达处理的采样率类似于无线电运用，但一般分辨率更高。而军事卫星基站运用一般运用更高的采样率，但分辨率较低（814 位）。
明显，单就咱们所说的少量一些运用而言，处理和 I/O 要求就现已千差万别了，因而咱们能够幻想，选用 FPGA 的各种不同运用会有多大不同的需求。虽然咱们比较清楚地了解了这些运用的不同处理要求，且得到了老练板职业供给的丰厚的硬件处理方案的支撑，但此前工程师们不得不花费很多名贵的规划时刻来创立定制硬件或处理杂乱（常常也是不必要的）总线协议问题。
FMC 规范将 FPGA 与 I/O 引擎相别离，然后处理了上述问题。它使规划人员能从专门支撑其终端运用的很多 COTS 产品中挑选恰当尺度的恰当处理引擎和恰当的 I/O 引擎。此外，FMC 规范还使厂商能为评价和开发创立一致的体系，随后还能量产布置，然后大幅下降本钱，并明显缩短了产品上市时刻。
总结
FMC 规范是 FPGA 开发人员规划开发挑选中的一大改变。从事微处理器和传统 DSP 规划作业的规划人员几十年来一向获益于可扩展开发处理方案的灵敏性优势，而现在，FMC 规范则为 FPGA 范畴的开发人员带来了模块化规划的强壮实力。
COTS 板厂商经过重复运用硬件规划，可加快并简化产品规划作业，然后大幅下降产品开支。这种高效性不只有助于咱们为更多运用推出更好的产品，使客户专心于完成其产品共同的差异化，并且还能加快处理方案的商场布置。
