“Xilinx系列FPGA在实现板间高速通信中的应用”
在当前的系统设计趋势中,FPGA(Field-Programmable Gate Array)因其灵活性、可扩展性以及对标准的支持,正成为实现板间Gigabit级别数据传输的理想选择。Xilinx作为FPGA领域的领先者,提供了丰富的资源来帮助设计者实现这一目标。本文档,"Using FPGAs to Design Gigabit Serial Backplanes",是Xilinx官方推荐的学习资料,旨在指导用户如何利用FPGA构建高速串行背板架构。
关键的系统设计趋势主要包括以下几个方面:
1. **易扩展性能**:随着技术的进步,系统需要能够轻松地提升性能,而FPGA的可编程特性使得这种扩展变得可能。
2. **极高可用性**:FPGA可以提供高可靠性和容错能力,确保系统的持续运行。
3. **灵活架构**:FPGA的灵活性允许设计者根据需求定制通信协议和接口,适应不断变化的需求。
4. **采用标准**:使用标准协议如Fiber Channel, Ethernet, InfiniBand等,可以提高互操作性和降低开发成本。
5. **快速上市时间**:FPGA的快速设计周期使得产品能更快地进入市场。
6. **降低成本**:通过减少物理连接器数量,降低材料成本,并且由于其可编程性,减少了设计迭代的成本。
通信系统和计算机正在融合,串行背板架构成为趋势。例如,互联网设备、以太网交换机、应用服务器、数据库服务器,甚至是1U web服务器和“刀片服务器”(如PICMG2.16规范)都在转向串行背板设计。
串行标准如Fiber Channel(1Gbps)、Ethernet(1Gbps)和InfiniBand(2.5Gbps)的出现,推动了从并行标准向串行标准的转变,如PCI演进为3GIO,RapidIO变为Serial RapidIO,而ATA则发展为Serial ATA。这些标准的串行化显著提高了带宽,同时减少了引脚数量。例如,XAUI(10 Gigabit Ethernet)通过4个3.125Gbps通道实现了10Gbps的速率,而传统的PCI(32位x33MHz)在共享给5个客户端时总共有250个引脚,只能达到1Gbps,相比之下,Virtex-II Pro系统可以在相同数量的客户端下实现高达50Gbps的带宽,这显示了串行连接的高效性。
FPGA在实现这种高速串行连接中扮演了核心角色。它们可以集成多个串行收发器,支持多种串行标准,并且可以方便地进行配置以适应不断变化的系统需求。通过使用FPGA,设计师能够创建出更高效、带宽更高且引脚更少的通信解决方案,这对于板间高速通信的实现至关重要。Xilinx提供的文档和工具集为开发者提供了实现这一目标的全面支持。