Xilinx 7系列FPGA功能特性介绍

引言：本文介绍下Xilinx 7系列FPGA功功能特性、资源特性、封装兼容性。

1. 概述

Xilinx7系列FPGA由四个FPGA系列组成，可满足一系列系统需求，从低成本、小尺寸、成本敏感的大容量应用到最苛刻的高性能应用的超高端连接带宽、逻辑容量和信号处理能力。7系列FPGA包括：

•Spartan-7系列：针对低成本、最低功耗和高I/O性能进行了优化。可提供低成本、非常小的外形尺寸封装，以实现最小的PCB尺寸。
    •Artix-7系列：针对需要串行收发器、高DSP和逻辑吞吐量的低功耗应用进行了优化。为高吞吐量、成本敏感的应用程序提供最低的物料清单总成本。

•Kintex-7系列：优化以获得最佳性价比，与上一代相比提高了两倍，实现了新型FPGA。
    •Virtex-7系列：针对最高的系统性能和容量进行了优化，系统性能提高了两倍。通过堆叠式硅互连（SSI）技术实现的最高性能设备。

2. 7系列FPGA功能概述

•高级高性能FPGA逻辑，6输入查找表（LUT）技术；

•36Kb双端口块RAM，内置FIFO逻辑，用于片上数据缓冲； •高性能SelectIO技术，支持高达1866Mb/s的DDR3接口； •具有内置千兆收发器的高速串行连接，从600Mb/s到最高6.6Gb/s，最高28.05Gb/s，提供了一种特殊的低功耗模式，针对芯片间接口进行了优化； •用户可配置模拟接口（XADC），包含双12位1MSPS模数转换器和片上热传感器和电源传感器； •具有25x18乘法器、48位累加器和前置加法器的DSP片，用于高性能滤波，包括优化的对称系数滤波； •强大的时钟管理（CMT），结合锁相环（PLL）和混合模式时钟管理器（MMCM）块，实现高精度和低抖动； •使用MicroBlaze处理器快速部署嵌入式处理； •用于PCI Express（PCIe）的集成块，最多可用于x8 Gen3端点和根端口设计； •多种配置选项，包括支持商品存储器、具有HMAC/SHA-256身份验证的256位AES加密以及内置SEU检测和校正； •低成本、引线键合、裸片倒装芯片和高信号完整性倒装芯片封装，可在同一封装中的家族器件之间轻松迁移；

•设计用于28nm、HKMG、HPL工艺、1.0V核心电压工艺技术和0.9V核心电压选项的高性能和最低功率，从而实现更低的功率。

表1：7系列FPGA性能资源比较

1.以分布式RAM的形式提供的附加存储器。

2.峰值DSP性能是基于对称滤波器实现的。

3.基于微控制器预设的峰值MicroBlaze CPU性能。

3. Spartan-7 FPGA功能概述 表2：Spartan-7 FPGA特性概述

1.每个7系列FPGA片包含四个LUT和八个触发器；只有一些切片可以使用它们的LUT作为分布式RAM或SRL。

2.每个DSP片包含一个预加法器、一个25 x 18乘法器、一个加法器和一个累加器。

3.块RAM的大小基本上是36Kb；每个块也可以用作两个独立的18Kb块。

4.每个CMT包含一个MMCM和一个PLL。

5.不包括配置Bank0。 表3：Spartan-7 FPGA器件封装组合和最大I/O

1.HR=高范围I/O，支持1.2V到3.3V的I/O电压。

4. Artix-7 FPGA功能概述

表4：Artix-7 FPGA特性概述

1.每个7系列FPGA片包含四个LUT和八个触发器；只有一些切片可以使用它们的LUT作为分布式RAM或SRL。
2.每个DSP片包含一个预加法器、一个25 x 18乘法器、一个加法器和一个累加器。
3.块RAM的大小基本上是36Kb；每个块也可以用作两个独立的18Kb块。
4.每个CMT包含一个MMCM和一个PLL。
5.用于PCI Express的Artix-7 FPGA接口块支持高达x4 Gen 2。
6.不包括配置Bank0。
7.此数字不包括GTP收发器。

表5：Artix-7 FPGA器件封装组合和最大I/O

1.列出的所有封装均为无铅封装（SBG、FBG、FFG除外15）。有些封装有Pb选项。

2.FGG484和FBG484中的设备是封装兼容的。

3.FGG676和FBG676中的器件是封装兼容的。

4.CP、CS、FT和FG封装中的GTP收发器支持高达6.25 Gb/s的数据速率。

5.HR=高范围I/O，支持1.2V到3.3V的I/O电压。 5. Kintex-7 FPGA功能概述  表6：Kintex-7 FPGA特性概述

1.每个7系列FPGA片包含四个LUT和八个触发器；只有一些切片可以使用它们的LUT作为分布式RAM或SRL。
2.每个DSP片包含一个预加法器、一个25 x 18乘法器、一个加法器和一个累加器。
3.块RAM的大小基本上是36Kb；每个块也可以用作两个独立的18Kb块。
4.每个CMT包含一个MMCM和一个PLL。
5.Kintex-7 FPGA接口块，用于PCI Express，最高支持x8 Gen 2。
6.不包括配置Bank0。
7.此数字不包括GTX收发器。 表7：Kintex-7 FPGA器件封装组合和最大I/O

1.列出的所有封装均为无铅封装（FBG、FFG除外15）。有些封装有Pb选项。
2.FBG676和FFG676中的设备是封装兼容的。
3.FBG900和FFG900中的设备与封装外形兼容。
4.FB封装中的GTX收发器支持以下最大数据速率：FBG484中的10.3Gb/s；在FBG676和FBG900中为6.6Gb/s。有关详细信息，请参阅Kintex-7 FPGA数据表：直流和交流开关特性（DS182）。
5.HR=高范围I/O，支持1.2V到3.3V的I/O电压。
6.HP=高性能I/O，支持1.2V到1.8V的I/O电压。

6. Virtex-7 FPGA功能概述

表8：Virtex-7 FPGA功能概述

1.每个7系列FPGA片包含四个LUT和八个触发器；只有一些切片可以使用它们的LUT作为分布式RAM或SRL。
2.每个DSP片包含一个预加法器、一个25 x 18乘法器、一个加法器和一个累加器。
3.块RAM的大小基本上是36Kb；每个块也可以用作两个独立的18Kb块。
4.每个CMT包含一个MMCM和一个PLL。
5.用于PCI Express的Virtex-7 T FPGA接口块支持高达x8 Gen 2。用于PCI Express的Virtex-7 XT和Virtex-7HT接口块最多支持x8 Gen 3，XC7VX485T设备除外，它支持x8 Gen2。
6.不包括配置Bank0。
7.此数字不包括GTX、GTH或GTZ收发器。
8.超级逻辑区域（SLR）是使用SSI技术的FPGA的组成部分。Virtex-7 HT设备使用SSI技术将单反与28.05 Gb/s收发器连接起来。

表9：Virtex-7 FPGA器件封装组合和最大I/O

1.列出的所有封装均为无铅封装（FFG、FHG、FLG除外15）。有些封装有Pb选项。
2.FFG1761和FHG1761中的设备是封装兼容的。
3.HR=高范围I/O，支持1.2V到3.3V的I/O电压。
4.HP=高性能I/O，支持1.2V到1.8V的I/O电压。

表10：Virtex-7 FPGA器件封装组合和最大I/O-续

1.列出的所有封装均为无铅封装（FFG、FLG除外15）。有些封装有Pb选项。
2.FFG1926和FLG1926中的设备是封装兼容的。
3.FFG1928和FLG1928中的设备与封装外形兼容。
4.FFG1930和FLG1930中的设备是封装兼容的。
5.HP=高性能I/O，支持1.2V到1.8V的I/O电压。

表11：Virtex-7 HT FPGA器件封装组合和最大I/O

1.列出的所有封装都是无铅的，豁免15。有些封装有Pb选项。
2.HP=高性能I/O，支持1.2V到1.8V的I/O电压。 7. 7系列FPGA订购信息

表12显示了不同设备系列中可用的速度和温度等级。有些设备可能不适用于所有速度和温度等级。

表12：7系列速度等级和温度范围

Spartan-7 FPGA的订购信息如图1所示。有关设备标记的更详细说明，请参阅UG475，7系列FPGA的封装和引出线的封装标记部分。

图1：Spartan-7 FPGA订购信息

1） -L1是低功率、-1L速度等级的订购代码。

如图下图所示，Artix-7、Kintex-7和Virtex-7 FPGA订购信息适用于包括Pb Free在内的所有封装。有关设备标记的更详细说明，请参阅UG475，7系列FPGA的封装和引出线的封装标记部分。

图2：Artix-7、Kintex-7和Virtex-7 FPGA订购信息 1） -L1是低功率、-1L速度等级的订购代码。
2） -L2是低功率、-2L速度等级的订购代码。
3） -G2是具有更高性能收发器的-2速度级设备的订购代码。
4） 某些封装名称与该封装上的引脚数不完全匹配。有关封装详细信息，请参阅UG475:7系列FPGA封装和引出线用户指南。

审核编辑：黄飞