Наборы Virtex-7 VC707 и Kintex-7 для освоения FPGA серии 7 от Xilinx

Чтобы помочь разработчикам определить, какие FPGA в наибольшей мере отвечают их требованиям и увеличить эффективность проектов, компания Xilinx представляет три новые платы на базе 28-нм FPGA серии 7. Базовые наборы для Virtex-7 и Kintex-7 включают дочерние платы с модулями Agile Mixed Signal (AMS) и разъемами FMC. В дополнение к этим наборам компания Avnet также реализовала собственный вариант набора на базе Kintex-7. Он предназначен для демонстрации эффективности FPGA в задачах цифровой обработки сигналов.
Три этих набора представляют платформы второго поколения Xilinx для разработки систем на базе FPGA.
Стратегия Targeted Design Platforms (TDP) была представлена компанией Xilinx в 2009 г. для поддержки FPGA серии 6. Стратегия определена как пирамида, состоящая из четырех уровней: базовой платформы, платформы специализации, платформы рыночного направления и, на вершине пирамиды, — проектов пользователя. Такой подход позволяет разработчикам использовать преимущества готовых решений от Xilinx и ее экосистемы и легко применять эти решения в собственных проектах на базе FPGA. Благодаря тому, что в основе проекта лежат платформы TDP, разработчики могут целиком сосредоточиться на создании тех особенностей, которые позволят отличить их продукцию от продукции конкурентов.
Такие базовые наборы в иерархии TDP как Virtex-7 VC707 и Kintex-7 KC705 являются первыми примерами освоения новых семейств Xilinx. Над этой базой находятся специализированные платформы — наборы от Avnet, помогающие разработчикам освоить области цифровой обработки сигналов, встраиваемых систем и коммуникаций. Xilinx также предлагает платформы разработки, ориентированные, в первую очередь, на такие сегменты рынка как авиакосмическая и медицинская техника, автомобильная и потребительская электроника, беспроводные и проводные сети, промышленная автоматика. Варианты наборов для этих направлений скоро появятся на рынке.
Все TDP Xilinx включают в себя не только платы и средства проектирования, но и IP-ядра, исходные проекты и документацию, а также широкий ряд дочерних плат FPGA Mezzanine Card (FMC). Этот мощный набор средств существенно облегчает проектирование на системном уровне и ускоряет выпуск готового изделия.
Xilinx представляет все три типа TDP для ПЛИС серии 6 и начинает переход к TDP для 7-й серии. VC707, KC705 и Kintex DSP kit станут первыми из наборов серии 7.
Многие производители программируемой логики предлагают наборы, содержащие отладочную плату, адаптер питания, программное обеспечение и разъемы. При использовании типового набора программное обеспечение загружается на ПК, после чего подключается плата. В поисках документации и IP-ядер разработчик посещает соответствующий сайт компании. Если ему повезет, он найдет базовые блоки для своего проекта. Однако они часто оказываются устаревшими. Более того, многие поставщики предлагают наборы с совпадающими параметрами, что затрудняет выбор и усложняет обеспечение производителем качественной технической поддержки.
Платформы TDP, являясь не только традиционными наборами для разработки, позволяют избежать всех подобных недоразумений. Помимо плат, разъемов и программного обеспечения наборы Targeted Design Platform содержат несколько типов исходных проектов, бесплатные IP-ядра и, в ряде случаев, платы расширения FMC. Пользуясь набором TDP, разработчик получает прямой доступ к библиотекам IP-ядер и каталогу FMC-карт производства Xilinx и компаний-партнеров. Платформа TDP имеет весьма мощную экосистему, поскольку это уже второе поколение наборов. В дальнейшем Xilinx в еще большей мере упростит начальный этап разработки. Поставщики плат, услуг по разработке проектов, IP-ядер и средств разработки образуют сообщество Xilinx Alliance Program [1], которое обеспечивает широкий набор решений и приложений для платформ Targeted Design Platforms. Xilinx тесно сотрудничает с компаниями 4DSP, Analog Devices, Avnet, Northwest Logic, Mathworks, Texas Instruments и Xylon, чтобы вывести на рынок наборы на базе Kintex-7 и Virtex-7.

Фактически, одной из ключевых особенностей подхода TDP являются разъемы FMC на всех платах, начиная с тех, которые поддерживают Virtex-6 и Spartan-6. Добавление разъемов FMC позволяет поставщикам IP-ядер, производителям микросхем и проектным компаниям быстро подключать дочерние платы к наборам Xilinx и тестировать проекты на системном уровне.
С момента появления 6-й серии в 2009 г. экосистема TDP получила свыше 100 плат FMC от более чем 30 партнеров. За последние месяцы Xilinx провела испытания, которые подтвердили, что более 30 плат FMC могут работать с платформами 7-й серии в широком ряду приложений. Компания Xilinx предполагает, что в ближайшие месяцы будет доступно существенно большее число FMC-плат. 7-я серия также расширяет возможности стратегии TDP. Например, с появлением микросхем этой серии компания Xilinx перешла к использованию интерфейса ARM AXI4, который упрощает интеграцию IP-ядер в ПЛИС. Он также позволяет работать с одной архитектурой внутренних соединений вместо нескольких, что ускоряет применение и разработку новых IP-ядер.
Другое ключевое преимущество нового поколения наборов TDP заключается в том, что все микросхемы 7-й серии — Virtex-7, Kintex-7 и Artix-7, как и устройства расширяемой процессорной платформы Zynq-7000, выполнены по масштабируемой архитектуре. Эта унифицированная архитектура позволяет разработчикам реализовывать IP-ядра и переносить их между семействами FPGA при изменении требований к проекту, что упрощает повторное использование кода и тестирование конечными пользователями.
Еще одно заметное преимущество 7-й серии состоит в наличии блоков AMS, позволяющих проводить мониторинг состояния ПЛИС, в т.ч. измерение аналоговых сигналов с помощью встроенных АЦП, не используя внешних дискретных компонентов. Такая возможность повышает производительность системы, экономит площадь печатной платы и сокращает перечень компонентов.
Блок AMS стал тем элементом, который до появления серии 7 присутствовал только в ПЛИС Virtex. С новой серией блок AMS появился также в семействе изделий Kintex.
Следует заметить, что три набора TDP серии 7 обладают тем рядом функций, которые позволяют ускорить проектирование. Их перечень достаточно велик [2].

Отладочный набор Virtex-7 VC707 — базовая TDP-плата для проектов, которым требуется сочетание высокой производительности, емкости и экономичного энергопотребления, а именно, для систем проводной и беспроводной связи, авиакосмической и медицинской техники, а также телекоммуникационного оборудования. Набор выполнен на основе FPGA VX485T-2 — ПЛИС Virtex-7 с  логикой среднего объема.
Этот набор поставляется вместе с САПР ISE Design Suite Logic Edition, «привязанной» к микросхеме Virtex-7 VX485T. Для реализации последовательных протоколов в наборе имеются Gigabit Ethernet (GMII, RGMII и SGMII), разъем приемопередатчика SFP/SFP+, порт GTX с четырьмя разъемами SMA и краевой печатный разъем PCI Express x8.
Параллельные интерфейсы представлены двумя разъемами FMC-HPC (8 приемопередатчиков GTX, 160 однопроводных или 80 дифференциальных пользовательских сигналов). Память включает: SODIMM DDR3 1600 Мбит/с, 1-Гбит (128-Гбайт) флэш-память, интерфейс SD-карт и 8-Кбайт IIC EEPROM.
Дополнительная периферия включает выход HDMI, мост UART-USB, ЖКИ размером 16 × 2 символов, 8 светодиодов, порты IIC и аналоговых сигналов. Набор поставляется вместе с отладочной платой AMS.
В состав набора входят также исходные проекты и документация. Образцы разработки и демо-версии включают диагностику периферийного оборудования, набор инструментов ChipScope Pro Serial I/O Toolkit, тестовый проект для IBERT, пример конфигурирования из нескольких источников, проекты с использованием PCI Express Gen 2(x8) и памяти DDR3. Более подробные сведения о плате см. на [3].

KC705, базовый набор TDP для семейства Kintex-7, содержит ПЛИС XC7K325T-FF900-2. Набор обеспечивает максимальную гибкость, ускоряя проектирование широкого спектра таких приложений как радиосвязь, радары, QAM, SDI и др., которые требуют энергоэффективных, высокоскоростных интерфейсов и обработки.
Отладочный набор KC705 включает ряд производительных и недорогих функций. Он поставляется в комплекте с САПР ISE Design Suite Logic Edition, «привязанной» к ПЛИС Kintex-7 XC7K325T.
Последовательные интерфейсы включают Gigabit Ethernet, разъем приемопередатчика SFP/SFP+, порт GTX с четырьмя разъемами SMA, мост UART-USB и краевой печатный разъем PCI Express x8.
Параллельные интерфейсы состоят из одного разъема FMC-HPC (4 приемопередатчика GTX, 116 однопроводных или 58 дифференциальных пользовательских сигналов), одного разъема FMC-LPC (один приемопередатчик GTX, 68 однопроводных или 34 дифференциальных пользовательских сигнала).
Дополнительные интерфейсы: выход HDMI, ЖКИ размером 16 × 2 символов, 8 светодиодов, порты IIC и аналоговых сигналов. Память включает SODIMM DDR3 1600 Мбит/с, 1-Гбит (128-Гбайт) флэш-память, интерфейс SD-карт и 8-Кбайт IIC EEPROM.
Набор также поставляется с исходными проектами и документацией, включая диагностику периферийного оборудования, набор инструментов ChipScope Pro Serial I/O Toolkit, тестовый проект для IBERT, пример конфигурирования из нескольких источников, проекты с использованием PCI Express Gen 2(x8) и памяти DDR3. В дальнейшем предполагается добавление проекта для PCIe x4 Gen 2. Более подробные сведения о плате см. на [4].

В качестве добавления к базовым платформам компания Avnet предлагает продукт Kintex-7 FPGA DSP Kit Targeted Design Platform, предназначенный для разработчиков, которым требуется ПЛИС для замены нескольких сигнальных процессоров. Построенный на базе FPGA Kintex-7 KX325T, набор включает высокоскоростную FMC-карту аналогового ввода. Эта карта представляет собой FMC150 от компании 4DSP и содержит два 14-бит 250-МГц АЦП и два 16-бит 800-МГц ЦАП, которые могут тактироваться внутренним или внешним тактовыми генераторами.
Набор поставляется с исходными проектами в области цифровой обработки сигналов, включающими высокоскоростные интерфейсы с АЦП с повышающим (DUC) и понижающим (DDC) преобразованиями частоты. Конечные пользователи могут применять их непосредственно в проектах, экономя значительное время на разработку. Подробнее см. [5].
В ближайшие месяцы Xilinx планирует реализовать несколько новых плат для поддержки ПЛИС серии 7 [8].