FMC、FMC+ 详解

FMC、FMC+ 详解

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/s1_mple/article/details/144675021

FPGA Mezzanine Card（FMC）是一种专为FPGA设计的扩展卡标准，由ANSI/VITA 57标准定义。它通过提供标准化的接口和连接器，简化了FPGA系统的I/O设计，并提高了系统的灵活性和可扩展性。本文将详细介绍FMC的技术规范、引脚定义以及其增强版本FMC+的特点。

FMC 简介

FPGA对I/O需求的变化适应性很强。在重新配置FPGA以实现新协议之后，只需更换物理I/O组件和连接器即可。除非I/O组件在扩展卡模块，否则需要改变板级设计。为了避免与设计变更相关的成本和工作量，设计人员一直依赖于PCI Mezzanine Card (PMC)和Switched Mezzanine Card (XMC)标准。然而，这些标准是多年前为单板计算机（SBCs）等通用解决方案开发的，而不是FPGA。

2008年7月，随着美国国家标准协会（ANSI）批准和发布VITA 57 FPGA Mezzanine Card (FMC)标准，这种情况发生了变化。FMC标准由从FPGA供应商到最终用户的公司联盟开发，旨在为位于基板（载卡）上的FPGA提供标准的扩展卡外形、连接器和模块化接口。以这种方式将I/O接口与FPGA解耦，简化了I/O接口模块设计，同时最大限度地提高了载卡的可重复使用能力。

与使用PCI、PCI-X、PCle或Serial RapidIO等复杂接口的PMC和XMC标准不同，FMC标准只需要直接连接到载卡上的FPGA的核心I/O和收发器电路。复杂接口标准在FMC扩展卡上实现。如下图所示，FMC扩展卡可以支持以下接口标准：

• 模拟I/O：ADC和DAC
• 数字并行I/O：例如，Camera Link，LVDS，FPDP
• 数字高速串行I/O：例如，光纤，串行FPDP，Gb/10Gb以太网

FMC标准为电路板开发人员提供稳定、直接和兼容的标准。FMC标准的优点如下：

1. 减少对扩展卡上复杂协议逻辑的需求

• 最大限度地提高数据吞吐量
• 最大限度地降低延迟
• 降低FPGA设计复杂性
• 最大限度地减少系统开销

1. 比PMCI、XMC扩展卡具有更好的散热性能

FMC标准定义了单宽度（69mm x 76.5mm）和双宽度（139mm x 76.5mm）的外形标准。单宽度模块支持单个连接器连接到载卡。双宽度模块专为需要额外带宽、更多前面板空间或更大PCB面积的应用而设计，最多支持两个连接器。FMC标准的两个外观标准提供了额外的灵活性，可以根据空间、I/O需求优化电路板。

一旦选定了外形尺寸，电路板开发人员就可以从两种不同的连接器中进行选择，作为从FMC标准到载卡上FPGA的接口：具有160引脚的低引脚数（LPC）连接器和具有400引脚的高引脚数（HPC）连接器。两者都支持高达2 Gb/s的单端和差分信号，以及高达10 Gb/s的FPGA串行收发器信号。LPC连接器提供68个用户定义的单端信号（或34个用户定义的差分信号）。它还提供了1对串行收发器信号、时钟、一个JTAG接口和一个I2C接口，作为对基本智能平台管理接口（IPMI）命令的可选支持。HPC连接器提供160个用户定义的单端信号（或80个用户定义的差分信号），10对串行收发器信号和额外的时钟。

HPC和LPC连接器使用相同的机械结构。唯一的区别是哪些信号是实际上被使用的。因此，具有LPC连接器的扩展卡可以插入到HPC端子，并且如果设计得当，当插入到LPC端子时，具有HPC连接器的扩展卡可以提供功能的子集。下图显示了Xilinx的一个开发板，它具有Virtex®-6 FPGA和两个FMC连接器（一个LPC和一个HPC）。

FMC 引脚输出定义

High-pin count (HPC) connector, HPC pinout

HPC连接器有10排（A、B、C、D、E、F、G、H、J、K），每排40Pin。下表总结了HPC连接器的引脚。

HPC connector pin summary

Footprints can be viewed inLib_Altiumrepository.

Low-pin count (LPC) connector, LPC pinout

LPC连接器有4排（C，D，G，H），每排40Pin。下表总结了LPC连接器的引脚。

LPC connector pin summary

Footprints can be viewed inLib_Altiumrepository.

Pin and signal description

FMC+ 简介

FMC+是FMC的增强功能。它将FPGA串行收发器信号从10对增加到32对，数据速率高达28Gbps。FMC+载卡允许向后兼容FMC扩展卡。FMC要求由ANSI/VITA 57.1标准定义。FMC+要求由ANSI/VITA57.4标准定义。

VITA57 标准更新历史

VITA57.4 标准推出的原因

FMC+ 引脚输出定义

Altera 开发板的 FMC 引脚定义

英特尔® Arria® 10 GX FPGA 开发套件

订购代号：DK-DEV-10AX115S-A

https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/products/details/fpga/development-kits/arria/10-gx.html

主板原理图：

https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/content-details/649803/arria-10-fpga-development-kit-dk-dev-10ax115s-a-board-schematic.html

Xilinx 开发板的 FMC 引脚定义

AMD Kintex 7 FPGA KC705 评估套件

https://china.xilinx.com/content/xilinx/zh/products/boards-and-kits/ek-k7-kc705-g.html

主板原理图（需注册AMD账号才可下载）：

https://china.xilinx.com/member/forms/download/design-license.html?cid=188020&filename=kc705_Schematic_xtp132_rev1_1.pdf

AMD Virtex 7 FPGA VC709 连接功能套件

https://china.xilinx.com/products/boards-and-kits/dk-v7-vc709-g.html

主板原理图（需注册AMD账号才可下载）：

https://china.xilinx.com/member/forms/download/design-license.html?cid=201032&filename=vc709_Schematic_xtp213_rev1_0.pdf

ALINX 开发板

Xilinx Kintex UltraScale FMC HPC PCIE光纤FPGA开发板XCKU040 AXKU041

主板原理图：

https://www.alinx.com/public/upload/file/AXKU041_UG.pdf

参考资料：

1. https://fmchub.github.io/appendix/VITA57_FMC_HPC_LPC_SIGNALS_AND_PINOUT.html
2. ANSI/VITA 57.1-2008
3. Overview of VITA57 – FMC, Curtiss Wright,www.vita.com/Resources/Learn/FMC%20Overview.pptx
4. I/O Design Flexibility with the FPGA Mezzanine Card (FMC), Xilinx WP315
5. FMCHUB - FPGA MEZZANINE CARDs
6. Lib_Altium, Altium Designer libraries for ANSI/VITA 57 FPGA Mezzanine Card (FMC) Standard
7. FMC LPC Breakout board, Datasheet of Open-source hardware FMC module