高效、低成本的 FPGA 器件：Spartan-7 FPGA！.docx

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1、高效、低成本的FPGA器件：Spartan-7FPGA!赛灵思SParta7系列提供了一系列高效、低成本的FPGA器件。这些器件经过专门设计，能满足低成本市场的特殊需求。摘要Spartan-7FPGA将高性能28nm可编程架构与低成本小尺寸封装完美结合在一起，同时满足高性能与小型PCB尺寸需求。Spartan-7系列器件的主要优势包括： 采用28HP1(Highperformance/1owpower高性能低功耗)工艺，具有最高单位功耗性能比 28nm架构扩展，可实现设计复用 VivadoDesignSuite可实现简单的低成本设计输入与验证上述优势使得Spartar-7FPGA系列可以低功耗

2、、低总成本为设计人员提供了必要资源，可满足低成本应用的要求。简介赛灵思SPartanFPGA系列自1998年问世以来就一直是业界领先的成本优化型FPGA产品系列。该系列包含数代成本优化型小尺寸器件，旨在实现桥接、交换、控制、处理、接口等功能。但为了满足当今低成本应用(诸如工业物联网(I-IoT)高级驾驶员辅助系统(ADAS)/驾驶员感知系统以及新一代通信系统等)的性能和功能要求，单单逻辑远不能满足其需求。为应对日益提高的功能和小尺寸要求，Spartan-7系列致力于在小面积封装中提供成本优化的高性能可编程逻辑。选择最佳工艺赛灵思在开发7系列(Ar&x-7、Kintex-7以及Virtex-7)

3、器件过程中与台积公司(TSMC)通力合作，共同开发出了28nmHP1工艺。高介电层金属闸(HKMG)工艺提供了高性能与低功耗的最佳组合，能帮助打造出满足不同市场需求的不同产品系列。Spartan-7FPGA采用与成熟的7系列相同的28HP1工艺，以及众多底层架构元件，从而使其成为结构紧凑的成本优化型FPGA系列器件。该产品系列具备很高的逻辑和I/O性能，功耗也得到严格控制，可采用很小的封装，而且价格低廉。得益于工艺的灵活性，该器件可在两种不同内核电压下工作，使用户能够在最高性能与最低功耗之间权衡。与竞争对手的FPGA使用的281P(1owPower低功耗)工艺相比，28HP1工艺具有足够宽的工

4、作窗口，使器件能实现更好的性能/功耗指标，即以更低功耗实现更高性能。见图Io图1:Spartan-7FPGA28HP1工艺的优势为成功而构建逻辑结构是所有FPGA架构的核心。逻辑单元是器件容量与功能的统一测量标准，设计人员要想理解用器件能做什么事情，还需要深入了解一下其中的构建模块。Spartan-7FPGA采用一个包含S1ice的可配置逻辑块（C1B）；S1ice由查找表（1UT）,进位链和寄存器构成。这些S1ice经过配置可以执行逻辑功能、算数功能、存储器功能以及移位寄存器功能。随着Spartan-7FPGA产品的更新换代，C1B中的资源数量也在发展演变，以便不断以合适的成本提供最佳功能。

5、例如，第一代Spartan器件（于上世纪90年代末推出）中的C1B包含一个3输入1UT两个4输入1UT和两个寄存器。与Spartan-7FPGA的C1B中的八个6输入1UT和十六个寄存器相比，不难看出器件功能的进步。见图2。图2:Spartan-7FPGA1UT与寄存器连接Spartan-7FPGA中的1UT可以配置成一个具有单个输出的6输入1UT,或者配置成具有独立输出的两个5输入1UT0每个1UT都可在触发器中可选择性地寄存。四个1UT和八个触发器构成一个S1ice,两个S1ice构成一个C1B0部分S1ice还可以将它们的1UT作为分布式64位RAM或作为32位移位寄存器(SR132)。

6、这些灵活、强大的功能都可由ViVadoDesignSuite的综合阶段直接实现，使用户能方便地利用这些高级功能，且无需花时间学习各个模块的端旦和信号名称。Spartan-7FPGA提供的高设计效率不仅限于1UT和寄存器；还为设计人员提供了专门用于处理和存储数主信号的模块。DSP音频与视频内容在新型系统中越来越普及。需要高速数学性能对数字化音频和视频数据进行操作。为了便于在这样的环境中开展设计工作，所有Spartan-7FPGA都包含一系列DSP模块，每个模块包含两个DSPS1ice0每个S1ice都包含一个25x18乘法器和一个48位累加器可在550MHz或更高频率下工作。见图30图3：Spartan-7FPGADSP48模块