Virtex-5 FXT FPGA – 终极体系集成渠道
因为很多不断添加和演化的规范、严苛的处理要求以及不断下降的本钱和时刻预算，数字交融年代加快了对FPGA根本价值建议的依赖性。这些根本价值建议是：灵敏性、现场可晋级才干、优异的信号处理才干、更快的产品上市时刻、下降危险、习惯不断演化的规范以及下降体系本钱。 Virtex-5渠道建立在这些丰厚价值的基础上，再加上高速串行衔接功用和嵌入式处理才干，然后构成了终极体系集成渠道。
Virtex-5 FXT渠道是仅有结合了业界规范的550MHz PowerPC440嵌入式处理器内核、DSP和高速串行I/O功用的FPGA，其无与伦比的体系集成度可更好地支撑通讯、音频视频播送、军事和航空、工业、科学以及医疗商场中的高功用使用。使用Virtex-5 FXT渠道，此类使用的规划人员能够进步全体体系功用、最小化电路板杂乱度并下降体系本钱。
Virtex-5系列
不管在产品可用性仍是为客户供给的多种挑选方面， Virtex-5系列FPGA渠道都是业界抢先的高密度65nm FPGA产品。Virtex-5系列是Virtex系列FPGA的第5代产品。根据其一同的ASMBL架构，Virtex-5系列供给了四个范畴优化的渠道共24款器材供客户挑选：
LX – 针对逻辑使用范畴而优化
LXT – 针对支撑低功耗串行衔接逻辑使用范畴而优化
SXT – 针对支撑串行衔接的DSP使用范畴而优化
FXT – 针对支撑高速串行衔接的嵌入式处理使用范畴而优化
该系列器材供给了一系列立异的特性，包含：
新的CLB和增强的布线技能支撑超快ExpressFabric? 技能
LXT、SXT和FXT渠道供给彻底集成的PCI Express? 端点模块
LXT、SXT、FXT渠道供给彻底集成的三形式(0/100/1000 Mbps)以太网MAC模块
供给ECC挑选的36Kbit 双端口BRAM/FIFO模块
带PLL 的550Mhz时钟办理管道(CMT)
支撑ChipSync技能的SelectIO
第二代稀少锯齿形(Sparse Chevron) 封装技能支撑增强引脚输出功用
多位流办理和多种细粒度帧尺度便利进行部分重装备
Virtex-5 FXT渠道添加的体系集成首要特性包含：
彻底集成的PowerPC 440处理器模块和128位互连
高功用GTX 6.5 Gbps 串行 I/O
XtremeDSP? 逻辑片 (DSP48E逻辑片)优化组合
表1：Virtex-5 FXT产品一览
PowerPC 440处理器模块
PowerPC 440处理器现已广泛使用于赛灵思公司高密度FPGA所面向的细分商场中的很多体系使用中，而且经受了测验和验证。Virtex-5 FXT FPGA首先供给了一同契合两个业界规范的PowerPC 440处理器，其增强的体系功用可支撑规划人员快速容易地完结先进的可晋级嵌入式处理使用。每个处理器集成32KB指令和32KB数据缓存，在550MHz时钟下能够供给高达1,100 DMIPS的功用。
大幅进步体系处理功用的要害是经过多通道、高效、并发高速数据拜访来进步整体数据吞吐才干。为到达这一意图，新集成的5×2 纵横交流式处理器互连架构与PowerPC 440处理器严密耦合，供给并发I/O和存储器拜访才干(图1)。这一高度集成的架构支撑5个主PLB(处理器部分总线)接口和两个从接口、四个独立收发全双工信道DMA端口和一个专用存储器总线接口，因而存储器带宽最高可达此前解决方案的5倍。在新的硬核化纵横交流式架构办理下，体系支撑并发拜访多个128位总线(本来为64位)的数据，然后进一步扩展体系吞吐才干。先进的PLB架构支撑高吞吐量128位接口，可缩小体系瓶颈，然后最大化处理器、纵横开关式交流结构以及软IP逻辑之间的数据传输才干。
图 1.PowerPC 440模块包含PowerPC 440内核和新的互连架构
与这一新架构构成互补的是，这一渠道集成的增强高功用辅佐处理器操控单元(APU)接口答使用户能够结构辅佐处理器来履行非PowerPC 440指令集的指令。这样就为视频处理、3D数据处理和浮点算术等使用中的专用协处理引擎或用户专用定制攻略供给了支撑。
高速串行衔接才干
Virtex-5 FXT渠道支撑最抢手的数字I/O和数千兆位(mulTI-gigabit)串行I/O技能，供给多达24个全功用RockeTIO? 千兆级收发器(GTX)。这些增强的收发器现在能够支撑从500Mbps到6.5Gbps的数据速率。Virtex-5 FXT GTX收发器是现在Virtex-5系列中速度最快的，不只扩展了Virtex-5 LXT和SXT FPGA中得到验证的收发器架构，一同也便利了在Virtex-5 LXT、SXT & FXT渠道间的规划移植。
在附加高数据速率功用的一同6.5Gbps速率时每通道耗费的典型功耗只要200mW。当运行在较低的3.75 Gbps速率时，每通道功耗仅100mW。
除了更高的串行I/O功用以外，还增强了一些其它要害特性。为进步这些高速信号的信号完好性，集成了4抽头决议计划反应均衡器(DFE)、线性均衡器和发送预加剧补偿。决议计划反应均衡器(DFE)是一种非线性均衡器，使用前检测决议计划来消除当时解调脉冲的符号间搅扰(ISI)。DFE的长处是其作业在无噪声的量化电平上，因而其输出与信道噪声无关。
GTX收发器供给了一种新的灵敏速率变换器，或变速箱，支撑首要抢先协议的8B/10B, 64B/66B 和 64B/67B编码和同步。独立的发送和接纳数据流支撑全双工操作。
用于PCI Express?、Gigabit Ethernet 和 XAUI的完好协议包为规划成功供给了一个低危险的途径。该协议包还可为SONET OC-48/SDH STM-16 和 CPRI (Common Public Radio Interface)供给专用协议参数陈述，然后能够在选用新的串行协议时更有决心。每一规范协议包都包含针对特定协议物理层的特性描绘陈述、互操作性和兼容性陈述、知识产权(IP)内核以及技能文档，支撑用户高效且低危险地在Virtex?-5 FPGA中完结规范的高速串行协议。
体系级数字信号处理
Virtex-5 FXT渠道的DSP功用关于其作为终极体系集成渠道的价值做出了重要贡献。根本上，与传统DSP处理器的固定架构比较，FPGA供给的DSP功用高出几个数量级。现在越来越多的通讯和多媒体体系都需求高于4MSPS的DSP功用，因而现已远远超出了大多数独立DSP处理器的极限。
使用FPGA能够便利地结构出高度并行的处理架构，能够在单个时钟周期里完结杂乱的算法，然后单片器材就能够供给数以百计的MSPS功用。在如此高的DSP功用水平，规划人员能够挑选下降FPGA的时钟速率来节约功耗，也能够挑选完结更多通道来下降体系本钱并下降资料清单本钱(BOM)。
Virtex-5 FPGA 系列高功用DSP功用的要害是其DSP48E 逻辑片。这些逻辑片能够高效履行大多数数字滤波器底层运算的乘法累加操作。含内建乘法器模块的FPGA支撑以专用硬件完结更宽输入的滤波器，然后使DSP规划人员能够取得更高的功用。Virtex-5 FXT FPGA供给高比率的DSP逻辑片(含高达384个内建18×25 DSP逻辑片)，能够在500MHz时钟频率下供给高达192 GMACs/秒的功用。与Virtex-4中的18 x 18乘法器比较，Virtex-5 DSP48E逻辑片中的乘法器到达25 x 18。与更宽的数据途径和96位累加输出相配合能够支撑更高精度的单精度浮点运算。一同，DSP48E逻辑片在高精度滤波器作业时消费的资源也更少。
除了快速的逻辑履行速度以外，高功用体系还需求处理单元具有快速吞吐很多数据的才干。Virtex FPGA供给了两种互补的办法来构建高效的存储器结构：
查找表(LUT)逻辑结构中的存储器单元构成的分布式RAM能够支撑完结64位移位寄存器。
36Kb模块的嵌入式BlockRAM 结构可供给多达16.5 Mb的存储器。
因为嵌入式BlockRAM结构在芯片上是与DSP48E逻辑片附近的，因而它们为向滤波器架构供给数据供给了超高带宽办法。FXT渠道可供给高达16.5Mb的内部存储器和163 GBytes/s集合IO功用的总IO带宽，能够满意体系级要求。
高体系集成度进一步进步功用
Virtex-5 FXT FPGA体系集成度的增强进一步进步了功用，这首要是因为整个渠道处理子体系改进的复合效应。选用纵横交流式互连架构来替代单同享总线互连办法，使用多个独立总线组成的网络来并行完结数据传输，然后改进了整体体系功用。多个运算操作可一同进行，减少了阻塞和等待时刻。使用128数据传输则进一步进步了体系数据吞吐才干。
图 2.在Virtex-5 FXT渠道上，新的PowerPC 440处理器模块接口经过硬交流式互连结构与硬核三模以太网MAC衔接。
例如，图2中所示的千兆以太网规划显现出纵横交流式结构中存储器操控器(结构中生成的软操控器)与存储器操控器接口(MCI)的典型衔接。因为这是一个独立于其它拜访操作(如外设处理)的专用端口，因而总推迟和带宽也取得改进。外设(软)附加到PLB46总线，并衔接到纵横交流结构上独立的主PLB(MPLB)端口。
千兆以太网经过新集成的硬件DMA操控器之一衔接到体系。DMA引擎也接口到纵横交流结构。在需求时，这一交流结构成为DMA引擎与主存储器的衔接途径。千兆以太网规划还使用了Virtex-5 FXT渠道中的硬核千兆以太网MAC，因而能够使用更少的资源并下降功耗。
将上述根据Virtex-5 FXT渠道的千兆位以太网体系与根据Virtex-4 FX渠道的相同体系比较，功用进步了2.7倍。这一功用进步是指整体体系吞吐才干的进步，而非仅仅是处理器、外设或I/O。
使用
很多杂乱使用如有线和无线通讯、音频/视频播送、航空和国防以及工业科学和医疗等四大要害职业所提出的高度多元化的严苛要求， 使得Virtex-5 FXT渠道复合体系集成应运而生。这些商场中的客户关于赛灵思FXT产品线的开展做出了重要贡献，他们的一同推进， 使得器材装备能够满意FPGA逻辑、嵌入式处理、DSP、存储器和串行IO等一切方面的要求。
通讯
无线通讯商场是一个改变快速且具有应战性的环境。体系规划人员一直面对供给新解决方案的应战，或许是为了下降现有产品本钱，或许是供给无危险的基础设施搬迁办法，为现有以及下一代技能(如3GPP-LTE 和 WiMAX)供给高效的支撑。
图 3.选用Virtex-5 FX100T器材的下一代无线基站(LTE)。
在这一使用中选用赛灵思Virtex-5 FXT FPGA可确保处理器子体系、DSP赋能的FPGA结构以及高速通讯之间的严密耦合和集成。这一LTE基带参阅体系的硬件和软件单元的集成都使用规范硬件电路板在单片Virtex-5 FX100T器材上完结。
音频/视频播送
IP视频(Video-Over-IP)体系使用MPEG-2等紧缩规范对视频流进行编码。然后，该体系使用因特网协议(IP)完结网络上不同点之间编码位流的传输。与网络上非时刻要害的其它事务流量不同，视频数据有必要恪守严厉的服务质量(QoS)要求才干够满意视频要求。
现在使用视频处理器、用于加快或完结实时算法的可编程逻辑、以及用于网络通讯的以太网解决方案构成的分块式解决方案也能够满意这些要求。但Virtex-5 FXT FPGA是业界首个在单个可编程SOC芯片上完结了一切这些功用。
图 4.IP视频(Video-Over-IP)体系集成图显现高档要求
终极规划解决方案
很显然，这一终极体系集成渠道需求一个一致的规划环境。这一规划环境能够充分发挥赛灵思FPGA器材中所集成的体系级渠道单元和丰厚功用，确保最佳的规划生产力和体系功用。
为此，赛灵思公司推出了ISE Design Suite 10.1版软件套件。该套件为体系规划小组供给了创立集灵敏的FPGA逻辑、嵌入式处理、高速串行IO、DSP、板上存储器规划和接口以及可定制IP模块于一体的高档终究解决方案所需求的一切开发和调试东西。ISE 规划套件集成了多种屡获荣誉的规划东西和技能，可便利和加快体系开发。该套件包含以下东西：
FPGA规划环境
ISE FoundaTIon 软件和ISE WebPACK 软件 (免费下载)
PlanAhead 规划和剖析东西以及PlanAhead Lite
SmartXplorer 嵌入式处理规划环境
Xilinx Platform Studio 和嵌入式开发套件( Embedded Development Kit (EDK))
DSP规划环境
System Generator for DSP AccelDSP Synthesis Tool
渠道调试支撑
ChipScope Pro 东西
ChipScope Pro 串行 I/O 东西集
作为 ISE Design Suite的一部分， ISE FoundaTIon软件是业界名列前茅的FPGA逻辑规划东西集。与ISE Foundation一同供给的还有赛灵思公司PlanAhead规划剖析东西，为适配到赛灵思FPGA器材的规划供给了强壮的剖析和布局功用。此外，SmartXplorer技能则使规划人员能够每天完结更屡次物理完结，一同功用也可进一步进步多达38%。
对嵌入式体系规划，Xilinx Platform Studio和嵌入式开发套件 (EDK)供给了一个归纳硬件和软件规划环境，可加快嵌入式体系的规划速度。
XtremeDSP开发东西包包含了System Generator for DSP和AccelDSP 归纳东西。使用这些东西，能够便利地将使用The MathWorks?公司广受欢迎的MATLAB? 和 Simulink? DSP 建模环境开发的DSP算法在FPGA硬件中完结。
ChipScope Pro可经过针对“渠道”器材的调试，能够发现深藏在硬件和软件之中的嵌入式缺点。ChipScope Pro Serial I/O东西集支撑用户快速评价和丈量高速串行I/O通道的位错率(BER)。
总结
体系集成关于电子职业来说一直是一项具有战略意义的价值无法衡量的根本办法。经过体系集成能够下降本钱、进步功用并使体系级技能走向下一个里程碑，将本来需求整整一个机箱才干完结的作业缩小到电路板巨细，将电路板完结的功用集成到IC(ASIC和ASSP)中。
结合FPGA的灵敏性和可编程才干这些根本优势，嵌入式处理、DSP功用和高速串行衔接才干的强壮交融使得赛灵思公司的最新产品Virtex-5 FXT FPGA成为终极体系集成渠道。
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