作为运用 FPGA 和高速 I/O 的嵌入式核算规划的重要开展，名为 FMC+ 的最新夹层卡规范将把卡中的千兆位收发器（GT）的总数量从 10 个扩展到 32 个，最大数据速率从 10Gbps 提高到 28Gbps，一起坚持与当时 FMC 规范完成向后兼容。
这些功用与运用 JESD204B 串行接口规范的新器材以及 10G 和 40G 光学器材及高速串行存储器也十分契合。FMC+ 可满意最具挑战性的 I/O 要求，为开发人员供给了两层优势：夹层卡的灵敏性，以及单芯片规划的高 I/O 密度。
FMC+ 规范是在上一年拟定和细化的。VITA 57.4 作业组现已同意该规范并将在 2016 年头提交 ANSI 投票。下面具体介绍一下这一重要的新规范，了解其对高档嵌入式规划的影响。
夹层卡的优势
夹层卡是一种为嵌入式体系增加特定功用的有用且广泛运用的办法。由于夹层卡是衔接在根底卡或载卡上，而不是直接插在
2016 年第 1 季度 赛灵思我国通讯 第 53 页
背板上，夹层卡能够轻松替换。对体系规划人员来说，这意味着既能够灵敏装备，又能够轻松升级。但由于衔接问题或安装到开发板上需占用额定的空间，这种灵敏性往往会以献身功用为价值。
关于 FPGA，首要的敞开规范是 ANSI/VITA 57.1，也称之为 FPGA 夹层卡 （FMC） 规范。最新规范 FMC+（更正式的说法，即 VITA 57.4）经过大幅增强千兆位串行接口的功用，扩展了现有 FMC 规范的功用。
与单芯片处理方案比较，FMC+ 能处理依据夹层卡的 I/O 的许多缺乏，一起供给更高的灵敏性和功用。一起 FMC+ 规范具有后向兼容，契合 FMC 的开展前史并满意其用户集体需求。
该 FMC 规范界说的是一种小型夹层卡，其高度和宽度相似于久老练的 XMC 或 PMC，但长度只要其一半。这意味着 FMC 与敞开规范格局比较，组件板级空间更小。但 FMC 不需求往往占用很多板级空间的总线接口，例如 PCI-X。作为代替，FMC 运用供电要求较为简略的直连 I/O 与主控 FPGA 通讯。这意味着尽管尺度更小，但 FMC 实际上
有比它们的 XMC 平等产品更大的 I/O 容量和 PMC 和 XMC 规范相同，FMC 和 FMC+ 也一起供给空气冷却和传导冷却两种挑选，因而商业和军用商场各自需求的一般和经用型运用都能适用。
FMC 规范解析起来适当简略。该规范为高引脚数（HPC）规划可供给多达 160 个单端或 80 个差分并联 I/O 信号，为低引脚数 （LPC） 规划供给一半数量的 I/O 信号。能够设置多达 10 个全双工 GT 衔接。这些 GT 适用于光纤或其他串行接口。此外，FMC 规范还界说了要害的时钟信号。所有这些 I/O 都是可选的，尽管大部分主机现在支撑彻底衔接。
FMC 规范还界说了多种电源输入，尽管夹层卡界说的是由主机供电。这种办法的作业方式是先给夹层卡部分供电，这样主机就能够问询 FMC，然后 FMC 经过为 VADJ 界说电压规模来做出呼应。假如主机能够供给该电压规模，则全部顺利进行。不在夹层卡上设主电源调整既能节约空间，又能下降夹层卡的功耗。
用于模仿 I/O 的 FMC
规划人员可将 FMC 用作任何用户想衔接到 FPGA 的功用，例如数字 I/O、光纤、
操控接口、存储器或附加处理。但模仿 I/O 依然是 FMC 技能最常见的用处。FMC 规范适用于适当大规模的快速高精度 I/O，但也需求权衡运用，尤其是对运用并行接口的高速部件来说。
例如德州仪器的 ADC12D2000RF 双通道 2 Gsps 12 位 ADC 运用 1:4 复用总线接口，因而该总线速度对主控 FPGA 来说不算过快。数字数据接口独自需求 96 个信号（48 个 LVDS 对）。对这种等级的器材，FMC 只能支撑一个此类器材，即使有满意的空间包容更多器材，但 FMC 的上限是 160 个信号。较低精度器材就算是作业在较高速度下，例如那些作业在 8 位数据通道上的器材，即使换衡器、放大器、时钟等提出更高的前端模仿耦合要求，也能够答应更多通道数量。
对运用并行接口，运转速度在 5 Gsps 或 6 Gsps（吞吐量大于 50Gbps），精度大于 8 位的模仿接口，FMC 规范开端无法应对。站在商场的视点，从通道密度、速度和精度来看，干流 FMC 的吞吐量在 25-50 Gbps 之间。这样的功用水平是物理封装尺度与到主控 FPGA 的可用衔接权衡的成果。
除了并行衔接，FMC 规范还支撑多达 10 个双工高速串行（GT）链路。
图 1 – FMC 凭借 JESD204B 缩小封装带来的影响
图 1 – FMC 凭借 JESD204B 缩小封装带来的影响.
这些接口对光纤 I/O、以太网、混合存储立方体 （HMC） 和 Bandwidth Engine 等新式技能以及运用 JESD204B 接口的新一代模仿 I/O 器材有用。
JESD204B 到来
尽管 JESD204 串行接口规范（目前为修订版“B”）面世已有一段时间，直到最近它才被商场广泛选用，成为新一代高采样率数据转换器的串行接口标配。这种广泛选用背面的推进力来自电信职业对更小型化、更低功耗和更低本钱器材的渴求。
如前文所述，选用并行接口的双通道 2 Gsps、12 位 ADC 需求很多的 I/O 信号。这一要求直接影响到封装尺度。在本例中要求运用 292 引脚封装，尺度大致为 27x27mm（尽管下一代引脚几许结构能让封装尺度缩小到缺乏 20x20mm）。
而选用 JESD204B 衔接的平等器材能够选用 68 引脚、10x10mm 封装，一起功耗更低。
这种封装尺度的大幅减缩与不断演进的 FPGA 构成杰出的调配，由于 FPGA 正在供给数量不断增加、速度不断提高的 GT 链路。图 1 所示的是封装尺度和 FMC/FMC+ 开发板尺度的示例。
依据采样率要求的数据吞吐能量、精度和模仿 I/O 通道数量，典型的运用 JESD204B 接口的高速 ADC 和 DAC 有 1-8 个作业在 3-12Gbps 速率上的 GT 链路。
FMC 规范界说的是尺度相对较小的夹层卡，但随着 JESD204B 器材的鼓起，可用板级空间内能够包容更多部件。FMC 规范界说的最多 10 个 GT 链路是一个可用的数量。便是这有限数量的 GT 链路只需运用并行 I/O 所需引脚数量的一部分，就能够供给 80 Gbps甚至更高的吞吐量。
运用 JESD204B 等接口的串行衔接 I/O 器材的鼓起，的确给电子战的部分细分运用带来了缺乏，例如数字化射频存储器 （DRFM）。因数据流水线较长，串行接口不可避免地会带来更大的
时延。对 DRFM 运用来说，数据输入到数据输出之间的时延是一个根本性的功用参数。尽管各种串行衔接器件之间的时延往往有很大不同，新一代器材会让数据以越来越快的速度穿过流水线，其间部分器材有望具有调理流水线深度的才能。究竟能完成多大的改善，仍有待张望。
今日部分采样率大于 1Gbps 的规范 ADC 器材的时延低于 100 ns。其他运用能够忍受这一时延，或忽略不计，包括软件界说射频 （SDR）、雷达告警接收器和其他信号情报 （SIGINT） 细分范畴。在群众商场化电信根底设施的推进下，新一代 RF ADC 和 DAC 技能得到了广泛运用，这些运用也因而获得了明显优势。
在 FPGA 社区之外，新一代 DSP 器材也在开端选用 JESD204B。可是 FPGA 很有或许依然能够占有最能充分发挥宽带模仿 I/O 器材功用的方位。这是由于 FPGA 能以更优异的并行性处理巨大的数据量。
图 2 – FMC 与 FMC+ 数字化器的吞吐能量比照
FMC+ 的演进
为将 FMC 提高到全新的高度，VITA 57.4 作业组现已运用作业在更高速度上的更大数量 GT 链路拟定出一个规范。FMC+ 仅仅给 FMC 衔接器增加外层列来处理更多信号，没有更改任何电路板形状或机械结构，因而具有完好的 FMC 后向兼容性。
新增行能够构成增强型衔接器的组成部分，然后最大极限地削减对可用板级空间的占用。FMC+ 规范把可用 GT 链路的最大数量从 10 个增加到 24 个，并可挑选增加别的 8 个链路，然后完成算计 32 个全双工链路。额定的链路运用 HSPCe 独自衔接器（HSPC 为主衔接器）。表 1 是 FMC 和 FMC+ 衔接的概览
多个独立信号完好性团队对更高的 28Gbps 数据率进行了特性描绘和验证。在包括并行接口的情况下，每个方向的最大双工吞吐量现在能够超越 900Gpbs。关于一起支撑 FMC 和 FMC+ 的不同功用的数字化处理方案预期能到达的净吞吐量的略图，请参阅图 2。
规划人员能够运用 FMC+ 完成的更大吞吐量充分发挥供给巨大 I/O 带宽的新器材的优势。这儿依然需求有权衡，例如有多少器材能安装到该夹层卡的可用空间中，但对适度数量的通道而言，与今日的 FMC 规范比较，可完成的吞吐量现已是巨大的腾跃。
新一代 ADC 和 DAC
在往后几年里能够合理估计高精度 ADC 和 DAC 将打破 10 Gsps 壁垒，运用直接 RF 采样支撑 L-、S- 甚至 C 波段频率的极宽宽带通讯。在 10Gbps 以下，12 位、14 位甚至 16 位精度的转换器正在鼓起，部分支撑多个通道。这些器材的大部分将运用装备 12 Gbps 通道的 JESD204B（或更新版别）的信号处理，直至更新一代产品让这一速度迈上新的高度。这些快速开展背面的动力来自电信职业，但国防工业也能加以运用，以满意尺度、分量以及本钱 （SWAP-C） 要求。
其他 FMC+ 的优势与用处
尽管和 FMC 相似，FMC+ 也很或许被 ADC、DAC 和收发器产品左右，FPGA 供给的更大 GT 密度让它能用于其他功用。两个值得一提的功用是光纤和新式串行存储器。
和 JESD204B 相同，存在对更快、更密布光纤的需求。运用光纤排带的器材能让部件的尺度最小。由于 FMC+ 的空间能当即支撑 24 路全双工光纤链路，有 FMC+ 支撑的较高速度，该运用很有或许首先完成。每路光纤 28Gbps 的带宽将让吞吐量迅速地迈过单芯片夹层卡 100G 和 400G 大关。今日在现行 FMC 格局上的 100G 光传输才能正在鼓起。
另一个适用于 FMC+ 的新式范畴是混合存储立方体 （HMC） 和 MoSys 的 Bandwidth Engine 等串行存储器。这些新颖的器材归于全新一类高功用存储器，凭借 GT 衔接功用可供给史无前例的体系功用和带宽。（赛灵思我国通讯第 43 期 ，检查这些新存储器类型。）
呱呱落地
新一代 FMC 规范现已推出，正在习惯串行衔接器材推进的新技能。FMC 职业的首要参与者现已开端选用这一规范。图 3 所示的是选用 FMC+ 的第一款赛灵思演示板 KCU114。FMC 规范凭借新的 FMC+ 涅槃重生并已呱呱落地，为新一代高功用 FPGA 驱动运用做好了预备。
图 3 – 选用 FMC+ 的赛灵思 KCU114 演示板
