Семейство встраиваемых программируемых логических устройств Altera FLEX 10K: важная веха в интеграции программируемых систем

I. Основные характеристики серии FLEX 10K

Синергетическая архитектура встроенных и логических массивов

Встроенный массив (EAB): состоит из блоков встроенных массивов (EAB), каждый EAB предоставляет 2048 бит выделенной оперативной памяти, поддерживая такие функции хранения, как RAM, ROM, двухпортовое RAM и FIFO. Он также может реализовывать сложные логические функции (например, умножители 4×4, модули DSP). Один EAB может обеспечить 100–600 логических элементов, не занимая логические ресурсы общего назначения.

Логический массив: состоит из блоков логических массивов (LAB), каждый LAB содержит 8 логических элементов (LE). Основанные на справочной таблице (LUT) с 4 входами и программируемом триггере, LE поддерживают общую логику, такую ​​как счетчики и сумматоры. Высокоскоростные арифметические операции и логика с высокой степенью развертывания достигаются за счет выделенных цепей переноса и каскадных цепей.

Высокая плотность и масштабируемость

Типичное количество вентилей варьируется от 10 000 до 250 000 (при максимальном количестве вентилей в системе 310 000), что обеспечивает интеграцию от простой логики управления до сложных систем с несколькими шинами.

Максимальная емкость ОЗУ достигает 40 960 бит (20 EAB), которые можно гибко настроить на различную ширину, например 256×8 и 512×4, для удовлетворения различных потребностей в буферизации данных.

Совместимость и надежность на уровне системы

Поддержка нескольких напряжений: Через интерфейс ввода-вывода MultiVolt™ он поддерживает системы со смешанным напряжением 2,5 В/3,3 В/5 В. Входные контакты, допускающие напряжение 5,0 В, обеспечивают совместимость с устаревшими системами.

PCI-соответствие: поддерживает спецификацию локальной шины PCI версии 2.2. Некоторые модели (например, EPF10K10A) имеют встроенные подтягивающие фиксирующие диоды PCI, соответствующие спецификациям PCI 3,3 В.

JTAG-сканирование границ: Интегрирует схему JTAG стандарта IEEE 1149.1, поддерживающую внутрисистемное программирование (ISP) и тестирование периферийного сканирования без использования логических ресурсов.

Низкое энергопотребление и гибкая конфигурация

Ток в режиме ожидания всего 0,5 мА, подходит для устройств с батарейным питанием; поддерживает внутрисхемную реконфигурацию (ICR) со временем реконфигурации менее 320 мс для обновлений функций в реальном времени.

Поддерживает технологии ClockLock™ и ClockBoost™: обеспечивает выравнивание тактового сигнала и умножение частоты с помощью системы ФАПЧ, уменьшая задержку тактового сигнала и улучшая характеристики синхронизации системы.

II. Серия FLEX 10K Архитектура

Архитектура FLEX 10Kразработан на основе «модульности» и «предсказуемости», чтобы сбалансировать высокую производительность и гибкую конфигурацию:

Блок встроенного массива (EAB): основной носитель сложных функций
EAB — это ключевой модуль для хранения данных высокой плотности и выделенной логики, обладающий следующими функциями:

Гибкая конфигурация: при использовании в качестве оперативной памяти поддерживается несколько значений ширины от 256×8 до 2048×1; несколько EAB могут быть каскадированы для увеличения емкости (например, два EAB 256×8 образуют конфигурацию 256×16). При использовании в качестве логического модуля он реализует комбинаторную логику через LUT с более высокой скоростью, чем LE общего назначения.

Синхронная работа: Встроенные регистры ввода/вывода поддерживают синхронное чтение/запись, упрощая схему синхронизации и избегая ограничений времени установки/хранения асинхронной оперативной памяти.

Независимый контроль: сигналы разрешения синхронизации и чтения/записи могут настраиваться независимо, поддерживая взаимодействие данных между различными доменами синхронизации.

Блок логического массива (LAB) и логический элемент (LE): основа логики общего назначения

Структура лаборатории: Каждый LAB содержит 8 LE, локальные соединения и сигналы управления, обменивающиеся данными с другими модулями через FastTrack™ Interconnect. Задержка локального соединения предсказуема (около 0,6 нс).

Функции ЛЭ: Каждый LE включает в себя LUT с 4 входами, программируемый триггер и цепи переноса/каскада:

• Несущая цепь: Обеспечивает быстрые пути переноса менее 0,2 нс, эффективно реализуя сумматоры и счетчики.
• Каскадная цепочка: Поддерживает широкую входную логику (например, 16-битное декодирование адреса) с задержкой на каждый этап всего 0,7 нс.
• Зарегистрировать упаковку: LUT и триггер можно использовать независимо для улучшения использования ресурсов.

FastTrack Interconnect: предсказуемая передача сигнала
Вместо сегментированной маршрутизации в FPGA используются непрерывные каналы межсоединений строк и столбцов, чтобы обеспечить предсказуемые задержки сигнала:

Соединения строк обеспечивают связь между LAB/EAB в одной строке, а соединения столбцов обеспечивают передачу сигналов между строками.

Поддерживает выделенные глобальные тактовые/чистые сигналы с асимметрией менее 1,5 нс, что отвечает потребностям высокоскоростных синхронных систем.

Элемент ввода-вывода (IOE): гибкий внешний интерфейс
Каждый IOE содержит двунаправленный буфер ввода-вывода и триггер, поддерживающий:

Программируемое управление скоростью нарастания выходного сигнала (для уменьшения шума или повышения скорости).

Выход с открытым стоком и эмуляция трех состояний, совместимость с несколькими стандартами интерфейсов.

Независимые регистры ввода/вывода с временем настройки входа всего 1,6 нс и задержкой между выходными тактовыми импульсами всего 5,3 нс.

III.Модели серии FLEX 10K

Семейство ФЛЕКС 10Квключает несколько поколений (например, FLEX 10K, FLEX 10KA, FLEX 10KE) с различной плотностью и характеристиками. Ниже представлены наиболее известные модели:

1. Базовая серия FLEX 10K

Ключевые особенности:

Блоки встроенных массивов (EAB): Каждый EAB имеет 2048 бит оперативной памяти, которую можно настроить как SRAM, ROM, FIFO или двухпортовую память10.

FastTrack Межсоединение: Непрерывные каналы маршрутизации для предсказуемого времени.

Многовольтовый ввод/вывод: поддержка входов, допускающих напряжение 5 В (модели FLEX 10KA), для обеспечения обратной совместимости.

Соответствие JTAG: встроенное сканирование границ для тестирования на уровне системы.

2. Серия FLEX 10KE (улучшенная)

В моделях FLEX 10KE (например, EPF10K30E, EPF10K50S) добавлены расширенные функции для высокопроизводительных приложений:

Блокировка часов PLL: Уменьшен перекос тактовой частоты и включено умножение частоты.

Двухпортовая ОЗУ: Улучшена пропускная способность памяти для задач с интенсивным использованием данных.

Скоростные оценки: диапазон от -1 (самый быстрый) до -3 (медленный), с такими параметрами, как -1X и -2X для конкретных случаев использования.

Пакеты: Доступен в форматах QFP, BGA и PGA, до 672 контактов (например, EPF10K200S).

Наследие и замена

Покасерия ФЛЕКС 10Кустарел, его архитектура повлияла на более поздние семейства Altera/Intel, такие какЦиклониСтратикс. Для современных приложений эквивалентные устройства включают:

Циклон IV/V: более низкое энергопотребление, более высокая плотность и поддержка новых интерфейсов (например, DDR3).

Стратикс 10: Гибриды FPGA/SoC с памятью HBM и PCIe 4.0.

IV.Серия ФЛЕКС 10КПриложения

Телекоммуникации и сетевое оборудование

Интерфейсные карты PCI: Использование совместимости PCI и поддержки нескольких напряжений для реализации 64-битных интерфейсов шины PCI 66 МГц с EAB в качестве буферов данных и LE для анализа протоколов.

Маршрутизаторы/коммутаторы: EAB хранит таблицы маршрутизации, LE реализуют логику пересылки пакетов, а технология ClockLock уменьшает рассогласование тактовой частоты, обеспечивая высокоскоростную передачу данных.

Промышленный контроль

Контроллеры движения: LE реализуют алгоритмы PID, EAB хранят данные о траектории движения, а несколько контактов ввода-вывода поддерживают интерфейсы датчиков и исполнительных механизмов.

Модули ПЛК: Используйте внутрисхемную реконфигурацию для обновления логики управления на месте, адаптируясь к различным промышленным сценариям.

Бытовая электроника

Телеприставки: EAB служат видеобуферами, LE реализуют логику декодирования аудио/видео, а низкое энергопотребление подходит для домашних условий.

Умные счетчики: ввод-вывод с поддержкой нескольких напряжений совместим с измерительными микросхемами и модулями дисплея, а JTAG поддерживает удаленную отладку и обновления.

Автомобильная электроникаАвтомобильные шлюзы: Интегрируйте интерфейсы шины CAN/LIN, EAB хранят коды неисправностей, LE реализуют преобразование протоколов, а модели с широким диапазоном температур соответствуют требованиям автомобильного уровня.

V. Заключение

Благодаря инновационной архитектуре «встроенный массив + логический массив»,семейство ФЛЕКС 10Кпервым внедрил интеграцию «логики общего назначения + специализированные функции», заложив основу для проектирования SOPC. Его предсказуемые временные характеристики, гибкие методы настройки и широкая совместимость делают его идеальным выбором от лабораторных прототипов до крупномасштабного производства. Даже в сегодняшнюю эпоху быстрого развития технологий FPGA концепция «программируемой встроенной системы», впервые предложенная FLEX 10K, продолжает влиять на эволюцию программируемых логических устройств. Будучи классическим продуктом Altera, FLEX 10K — это не просто устройство, а символ трансформации программируемой логики из «вспомогательной логики» в «ядро системы». Ее техническое наследие продолжает стимулировать инновации и прорывы в разработке встроенных систем.

Техническое описание серии FLEX 10K.pdf

Техническое описание серии FLEX 10K.pdf

Модели чипов серии FLEX 10K

ЭПФ10К100АРИ240-3Н、ЭПФ10К50ВС356-4、ЭПФ10К50ВКИ240-2Н、ЭПФ10К30АТЦ144-3Н、ЭПФ10К50ВКК240-3

EPF10K30BC356-3, EPF10K30ABC356-2, EPF10K10ATC144-2N, EPF10K50VBC356-1, EPF10K50VBI356-4 EPF10K10QC208-4, EPF10K30AQI240-3, EPF10K100AFC484-2, EPF10K50RC240-4N, EPF10K50VRI240-3N EPF10K50RC240-3, EPF10K30RI208-4, EPF10K20RI208-4N, EPF10K30AQC208-1N, EPF10K10AQC208-2 EPF10K40RC240-4, EPF10K10ATI144-3N, EPF10K100ABC356-2, EPF10K30ATC144-2, EPF10K10ATC144-1 EPF10K50VRC240-2N, EPF10K20RC240-4, EPF10K70RC240-2N, EPF10K10LC84-4N, EPF10K70RC240-4 EPF10K10ATC100-2, EPF10K10TC144-3, EPF10K100ABI356-3N, EPF10K10TI144-4N, EPF10K50VBC356-4N EPF10K10ATC100-3N, EPF10K30RC240-4N, EPF10K70RC240-3N, EPF10K100ABC356-1N, EPF10K100ARI240-3 EPF10K20TC144-4N, EPF10K100ABI356-3, EPF10K50VQC240-1N, EPF10K50VBI356-3N, EPF10K30AQC240-3 EPF10K30RC240-3N, EPF10K30AFC256-2, EPF10K30AQC208-1, EPF10K50BC356-3, EPF10K50VQC240-2N EPF10K50VRC240-3N, EPF10K20RC240-3N, EPF10K30ATC144-1N, EPF10K40RC240-3, EPF10K30RC208-3N EPF10K10QI208-4N, EPF10K50VBC356-2N, EPF10K50VRI240-4N, EPF10K10ATI144-3, EPF10K100ABI356-2N EPF10K10AQC208-3N, EPF10K50VBC356-4, EPF10K10ATC100-3, EPF10K20RC240-3, EPF10K30ATC144-1 EPF10K10AQC208-1, EPF10K50VQC240-2, EPF10K100ABC356-3, EPF10K50RC240-4, EPF10K50RI240-4N EPF10K10QI208-4, EPF10K30RC208-3, EPF10K100ABC600-1, EPF10K50VRC240-1, EPF10K30AQC208-2N EPF10K10ATC144-2, EPF10K100AFC484-2N, EPF10K50VRC240-2, EPF10K20RC208-4N, EPF10K50VBI356-3 EPF10K20RC208-4, EPF10K10AQC208-3, EPF10K100ARC240-1N, EPF10K30AQI240-3N, EPF10K30RC240-4

ЭПФ10К40RC208-3、ЭПФ10К50РК240-3Н、ЭПФ10К10ТИ144-4、EPF10K30AQC208-3N、ЭПФ10К30АКИ208-3

ЭПФ10К50ВБИ356-4Н、ЭПФ10К30AQC208-2、ЭПФ10К100АРК240-3Н、ЭПФ10К70РК240-4Н、ЭПФ10К40РК240-4Н

EPF10K30AQC240-2N、EPF10K50VRC240-1N、ЭПФ10К40RC208-4、ЭПФ10К30АФК256-3、ЭПФ10К100АРК240-2

Если вы ищете модели этой серии для своего проекта, пришлите нам свою спецификацию! Мы обеспечиваем комплексные закупки и самые последние котировки!