FMC板卡标准(一)介绍及FMC兼容
说明:ANSI/VITA 57.1-2008标准对FMC规范做了详细的规定,包括对FMC的特性、尺寸、FMC载板、FMC连接器管脚分配以及电气要求等都有详细的要求。本文及后续博客对该标准进行详细的翻译和分析,根据项目实际FMC相关产品做一些实例分析。以供使用FPGA夹层卡的朋友提供参考。
概述
FPGA 夹层卡 (简称FMC) 标准由包括 FPGA 厂商和最终用户在内的公司联盟开发,属于 ANSI 标准,旨在为基础板(载卡)上的 FPGA 提供标准的夹层卡尺寸、连接器和模块接口。I/O 接口与 FPGA 分离,不仅简化了 I/O 接口模块设计,同时还能最大化载卡的重复使用率。FMC夹层卡的优点如下:
- 数据吞吐量:支持高达 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:消除了协议开销,避免了时延问题,确保确定性数据交付。
- 简化设计:无需了解 PCI、PCI Express® 或 Serial RapidIO 等协议标准的专业技术。
- 系统开销:通过简化系统设计降低了功耗,缩短了工程设计时间,并缩减了IP 核及材料成本。
- 设计重复使用:不管是采用定制的内部板设计还是商用成品 (COTS) 夹层卡或载卡,FMC 标准有助于将现有的 FPGA / 载卡设计重新用到新的 I/O 上,而这只需更换 FMC 模块并对 FPGA 设计略作调整即可。
1. FMC介绍
近些年来,系统中需求更多的不同类型的前面板IO功能。典型的,这些前面板IO功能被固定在3U或者6U形状卡或者和PMC或者XMC模块配合使用。
以前,3U或6U板卡使用固定的特殊功能的前面板IO设计,改变前面板IO功能,必须替换3U或者6U板卡。
PMC和XMC模块为3U或者6U形状卡提供可配置的前面板IO,但是PMC和XMC模块占用3U和6U载板更多的面积。
该文档提供一种新的IO夹层模块。它提供到3U和6U形状卡的连接,但不限于次尺寸。它占用的载板面积小于PMC和XMC模块。通常用来提供一种到FPGA器件的连接或者其他可配置的IO连接。
1.1 该标准的定义目标:
IO夹层模块,支持载板包括:VME/VPX/VPX/REDI/CPCI/CPCIe/ATCA/AMC/PCI/PCEe/PXI/PXIe载板;
高速IO连接:支持最大IO速率到10Gb/s;支持单端和差分信号2Gb/s;拥有大量可用IO;
高速IO电气连接器:支持宽范围信号标准;系统可配置IO功能;紧密结合FPGA;
IO夹层卡机械属性:最小尺寸;可伸缩高、低性能应用;传导和加固支持。
1.2 FMC概述
FMC标准面向应用范围,环境和市场描述了一个多功能的模块。该说明定义了一个商业级版本,可以扩展到加固传导级应用。
该标准双宽模块可以用用到附加宽度的载板,要求更大的前面板空间或者更大的PCB面积。
FPGA提供高管脚数量,可以操作在多Gb/s速率。最新的连接器技术被应用,以保持夹层模块I/O和FPGA载板高性能连接。
FMC夹层模块在定义时,没有使用固定的协议接口,尽量减小系统支持,并且支持灵活的管脚位置分配。
1.3 标准术语
FMC标准定义了一些专用术语,用来标识技术描述的关注程度,以保持各个厂家FMC夹层卡的最大兼容。
- 规则<章节>.<序号>: 所有的“”规则“”都必须遵守,以保持子卡和背板的兼容设计;
- 推荐<章节><序号>: 强力建议设计者遵守"推荐"的内容,该推荐能够帮助设计者避免设计性能下降或者其他问题。这些推荐内容是基于设计经验规定的,目标是让开发者迅速的上手。
- 建议<章节><序号>: “建议”对开发者不是关键的,但会帮助做一些设计设计决定,避免设计中的困难。
- 允许<章节><序号>: “允许”使读者确信某些方法是可以接受的并且不会引起问题出现。
- 评论<章节><序号>: “评论”不提供任何明确的建议。它们通常来用来说明某些规则的影响,在某些项目需要注意,用来解释某些规则背后的原因。
1.4 FMC释义
FMC: FMC夹层卡
Board: 电路板
CCA: 电路板安装
Carrier Card: 载板
FMC Mezzanine Module: FPGA夹层卡
FMC-RM: 建议传导冷却的FMC IO夹层卡
FCM-CM: 商业级FMC IO夹层卡
FMC-RC: 建议传导冷却的 FMC载板
FMC-CC: 商业级FMC IO载板
Air cooled: 空气冷却
Conduction cooled: 传导冷却
Thermal Interface: 散热面
HPC: 高管脚连接器
LPC: 低管脚连接器
1.5 参考文献
略
1.6 尺寸
标准中所有的CAD尺寸图均采用mm为单位。
2. FMC兼容
2.1 FMC夹层卡最小特性
规则2.1: 为了标签夹层模块兼容FMC,IO夹层模块应该符合该标准所有恰当的要求。
规则2.2: 提供IO夹层模块机械约束。
规则2.3: 如果参考文献或者说明和此标准冲突,优先考虑此标准。
2.2 FMC载板最小特性
规则2.4: 为了标签夹层模块兼容FMC,载板应该符合该标准所有恰当的要求。
规则2.5: 最少提供一个FMC插槽,至少支持LPC接口。
规则2.6: 提供载板机械约束。
规则2.7: 如果参考文献或者说明和此标准冲突,优先考虑此标准。
下一篇博文我们将介绍FMC夹层卡模块相关的内容,包括:夹层卡尺寸、连接器、夹层卡散热及夹层卡面板问题。
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