Семейство Virtex-4 – ПЛИС фирмы Xilinx с архитектурой FPGA последнего поколения. Инновационная ASMBL-архитектура (Advanced Silicon Modular Block) является уникальной в индустрии программируемой логики. ПЛИС семейства Virtex-4 включает три подсемейства (платформы): LX, FX и SX. Широкий спектр параметров кристаллов позволяет сделать выбор, оптимальный для каждого приложения. Набор аппаратных модулей, интегрированных в архитектуру кристалла, таких как: процессоры PowerPC (с новым интерфейсом APU), трехрежимные Ethernet MAC, трансиверы со скоростью передачи от 622 Мбит/с до 11.1 Мбит/с, специализированные блоки ЦОС, схемы управления высокоскоростными тактовыми сигналами, позволяют реализовать законченную систему с минимальным набором компонентов на печатной плате. Основу архитектуры кристалла Virtex-4 составляют улучшенные конфигурируемые логические блоки (КЛБ), которые можно найти во всем семействе Virtex: Virtex, Virtex-E, Virtex-II, Virtex-II Pro, что обеспечивает совместимость существующих проектов снизу-вверх. Комбинируя широким многообразием свойств, семейство Virtex-4 расширяет возможности программируемой логики и является мощной альтернативой заказным СБИС (ASIC).
Основные характеристики:
-
три платформы LX/SX/FX:
-
Virtex-4 LX: решения для высокопроизводительной логики;
-
Virtex-4 SX: высокопроизводительные решения для цифровой обработки сигналов;
-
Virtex-4 FX: высокопроизводительные, полнофункциональные решения для встроенных платформ;
-
технология синхронизации Xesium™:
-
до 20 модулей цифрового управления синхронизацией (DCM):
-
точная подстройка фазы тактовых сигналов;
-
прецизионный сдвиг фазы тактовых сигналов;
-
умножение и деление частоты;
-
увеличена частота входной/выходной частоты;
-
уменьшены выходные фазовые дрожания тактовых сигналов (jitter);
-
низкое энергопотребление;
-
усовершенствованный фазовый детектор;
-
широкий диапазон сдвига фаз;
-
два режима работы;
-
дополнительный фазированный делитель тактового сигнала (PMCD);
-
дифференциальная структура синхронизации для минимизации фазовых дрожаний тактовых сигналов и обеспечение скважности 50%;
-
32 цепи глобальных тактовых сигналов;
-
Региональный ввод/вывод тактовых сигна-лов;
-
модуль XtremeDSP:
-
умножитель 18х18, умножитель-накопитель, умножитель-сумматор;
-
возможность организации конвейерной обработки для увеличения производительности;
-
встроенный 48-битный аккумулятор для выполнения операции умножения с накоплением (МАСС);
-
интегрированный сумматор для выполнения операций умножения с суммированием;
-
возможность каскадирования умножителей или МАСС;
-
увеличение скорости вычисления до 2 раз по сравнению с предыдущими семействами Virtex;
-
иерархия памяти:
-
до 1 392 кбит распределенного ОЗУ;
-
до 10 Мбит интегрированной блочной ОЗУ;
-
двухпорвовая архитектура;
-
возможность организации конвейерной обработки;
-
возможность запрограммировать как FIFO, поддерживающей флаги «пустой», «полный», программируемые флаги «почти полный» и «почти пустой» и программируемость работы в синхронном и асинхронном режиме;
-
независимый выбор ширины порта чтения и записи (в конфигурации ОЗУ);
-
блоки по 18 кбит;
-
конфигурация от 16к х 1 до 512 х 36 (от 4к х 4 до 512 х 36 в режиме FIFO);
-
возможность каскадирования для формирования модулей памяти 32к х 1 без использования трассировочных ресурсов кристалла;
-
возможность побайтовой записи (например, при совместном использовании с процессором PowerPC 405);
-
технология SelectIO:
-
до 960 пользовательских входов/выходов;
-
широкий выбор сигнальных стандартов ввода-вывода от 1.5 до 3.3 В;
-
высокая производительность:
-
схема цифрового управления согласованием:
-
встроенная технология синхронизации источника сигнала - ChipSync™:
-
способность побитного выравнивания встроена во все блоки ввода/вывода;
-
отдельные входы/выходы для источников региональных тактовых сигналов;
-
встроенная логика последовательно-параллельного и параллельно-последовательного преобразования данных и делитель частоты;
-
поддержка сетевых и телекоммуникационных интерфейсов на скорости до 1 Гбит/с;
-
поддержка интерфейсов к высокоскоростным модулям внешней памяти: DDR, DDR2 SDRAM, QDR-II, RLDRAM-II и FCRAM-II;
-
гибкие логические ресурсы:
-
увеличена скорость работы конфигурационного логического блока до 40% по сравнению с предыдущими семействами Virtex;
-
до 200 000 логических ячеек;
-
до 178 176 регистров со входом разреше-ния тактового сигнала;
-
до 178 176 таблиц преобразований;
-
мультиплексоры, расширяющие возможности логики, и регистры в блоках ввода-вывода;
-
каскадирование регистров сдвига или распределенной памяти;
-
конфигурация:
-
криптографическая защита битового потока алгоритмом AES;
-
определение и исправление ошибок в битовом потоке;
-
4 режима загрузки;
-
поддержка JTAG интерфейса;
-
технология производства 90-нм КМОП процесс с металлизацией медью;
-
напряжение питания ядра 1.2 В;
-
корпус кристалла с шариковыми выводами, типа Flip-Chip;
-
аппаратный модуль высокоскоростного трансивера RocketIO MGT (только FX):
-
скорость передачи от 622 Мбит/с до 11.1 Гбит/с;
-
8b/10b, 64b/66b кодер и декодер;
-
поддержка объединения каналов;
-
формирование и проверка CRC;
-
программируемый передающий предварительный корректор;
-
программируемый компенсатор на приеме;
-
детектирование наличия/отсутствия сигнала на приеме;
-
драйвер режима ожидания на передаче;
-
динамическая реконфигурация модуля;
-
ядро RISC процессора фирмы IBM PowerPC 405 (только FX):
-
работа на частоте до 450 МГц;
-
пятиступенчатый конвейер данных;
-
16 кБ кэш инструкций;
-
16 кБ кэш данных;
-
контроллер доступа к блочной памяти кристалла;
-
возможность настройки отношения рабочих частот процессора и процессорной шины;
-
дополнительный интерфейсный модуль (APU), обеспечивающий высокоскоростной обмен данными между процессором PowerPC 405 и сопроцессором, реализованным на логике:
-
может работать на разных тактовых частотах;
-
поддерживает автономные инструкции: нет остановов конвейера;
-
32-битные инструкции и 64-битные данные;
-
трехрежимный Ethernet MAC модуль (только FX):
-
совместимость со стандартом IEEE 802.3;
-
10, 100 и 1000 Мбит/с;
-
поддерживает автоопределение режима работы;
-
фильтрация принимаемых адресов;
-
единое решение для 1000 Base-X совместно с модулем RocketIO MGT;
-
поддержка нескольких физических интерфейсов PHY через ресурсы ввода/вывода;
-
отдельные интерфейсы на приеме и передаче для сбора статистической информации;
-
поддержка пакета JUMBO;
-
3 интерфейса управления.
Таблица 1. Кристаллы семейства Virtex-4 LX FPGA
Наименование |
XC4LX15 |
XC4LX25 |
XC4LX40 |
XC4LX60 |
XC4LX80 |
XC4LX100 |
XC4LX160 |
XC4LX200 |
Матрица КЛБ |
64x24
|
96x28
|
128x36
|
128x52
|
160x56
|
192x64
|
192x88
|
192x116
|
Логические ячейки
|
13824
|
24192
|
41472
|
59904
|
80640
|
110592
|
152064
|
200448
|
Распределен-ное ОЗУ, кбит
|
96
|
168
|
288
|
416
|
560
|
768
|
1056
|
1392
|
Блочное ОЗУ, кбит
|
864
|
1296
|
1728
|
2880
|
3600
|
4320
|
5184
|
6048
|
Модули DSP
|
32
|
48
|
64
|
64
|
80
|
96
|
96
|
96
|
Модули DCM
|
4
|
8
|
8
|
8
|
12
|
12
|
12
|
12
|
Модули PMCD
|
-
|
4
|
4
|
4
|
8
|
8
|
8
|
8
|
Процессор PowerPC
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Ethernet MAC
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
RocketIO (MGT)
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Макс. число пользователь-ских контактов |
320
|
448
|
640
|
640
|
768
|
960
|
960
|
960
|
Таблица 2. Кристаллы семейства Virtex-4 SX FPGA
Наименование |
XC4VX25
|
XC4VX35
|
XC4VX55
|
Матрица КЛБ |
64x40
|
96x40
|
128x48
|
Логические ячейки |
23040
|
34560
|
55296
|
Распределенное ОЗУ, кбит |
160
|
240
|
384
|
Блочное ОЗУ, кбит |
2304
|
3456
|
5760
|
Модули DSP |
128
|
192
|
512
|
Модули DCM |
4
|
8
|
8
|
Модули PMCD |
-
|
4
|
4
|
Процессор PowerPC |
-
|
-
|
-
|
Ethernet MAC |
-
|
-
|
-
|
RocketIO (MGT) |
-
|
-
|
-
|
Макс. число пользовательских контактов |
320
|
448
|
640
|
Таблица 3. Кристаллы семейства Virtex-4 FX FPGA
Наименование
|
XC4VFX12
|
XC4VFX20
|
XC4VFX40
|
XC4VFX60
|
XC4VFX100
|
XC4VFX140
|
Матрица КЛБ
|
64x24
|
64x36
|
96x44
|
128x52
|
160x68
|
192x84
|
Логические ячейки
|
12312
|
19224
|
41904
|
56880
|
94896
|
142128
|
Распределенное ОЗУ,кбит
|
86
|
134
|
243
|
395
|
659
|
987
|
Блочное ОЗУ, кбит
|
648
|
1224
|
2592
|
4176
|
6768
|
9936
|
Модули DSP
|
32
|
32
|
48
|
128
|
160
|
192
|
Модули DCM
|
4
|
4
|
8
|
12
|
12
|
20
|
Модули PMCD
|
-
|
-
|
4
|
8
|
8
|
8
|
Процессор PowerPC
|
1
|
1
|
2
|
2
|
2
|
2
|
Ethernet MAC
|
2
|
2
|
4
|
4
|
4
|
4
|
RocketIO (MGT)
|
-
|
8
|
12
|
16
|
20
|
24
|
Макс. число пользовательских
контактов
|
320
|
320
|
448
|
576
|
768
|
896
|

Подробную информацию по микросхемам семейства Virtex-4 можно получить на сайте фирмы Xilinx по адресу: http://www.xilinx.com/support/index.htm#nav=sd-nav-link-19224&tab=tab-sd