FMC子卡互联结构设计标准V1.0_20110718

引言 (1)

一、简叙 FMC标准 (1)

二、FMC标准的优点 (1)

三、FMC标准的尺寸及其对应使用的连接器 (2)

四、设计研发产生的背景 (2)

（一）传统FMC单宽度子板的介绍 (2)

（二）标准子卡的缺陷 (4)

五、基于CPCI载板与FMC子卡互联结构设计 (4)

（一）本规范的优势和特点 (4)

（二）本规范的几何定义 (5)

六、几种应用实例 (8)

（一）基于FMC接口的AD、DA子卡模块 (8)

（二）基于FMC接口的2路CameraLink输入/输出子卡模块 (9)

（三）兼容xilinx公司开发板设计--基于FMC接口的DSP (10)

（四）基于CPCI-FMC架构的FPGA（型号EP3C40F484）中低端产品验证平台 (12)

北京太速科技有限公司FMC子卡互联结构设计标准

V1.0_20110718

引言：随着市场需求的多元化，针对复杂的电路设计提出了更高的要求，不难看到很多时候当某些具体的小功能要求发生了变化，一块功能庞大的电路版就造成了资源浪费，而且也造成了相应的经济损失。基于CPCI载板与FMC子卡互联结构设计，不仅可以实现用户需求的多种独立单项功能，而且还打破了对子卡PCB板的元件面积的限制，使得设计工作更加灵活；特别是针对带CPU的接口处理板的子卡，来满足用户的不同要求。

关键字：FMC标准 CPCI载板标准子卡

一、简叙 FMC标准

FMC标准描述了一个通用的模块，它是以一定范围的应用，环境和市场为目标的。

该标准由包括 FPGA 厂商和最终用户在内的公司联盟开发，旨在为基础板(载卡)上的FPGA 提供标准的夹层板（子卡）尺寸、连接器和模块接口。通过这种方式将 I/O 接口与FPGA 分离，不仅简化了 I/O 接口模块设计，同时还最大化了载卡的重复利用率。

二、FMC标准的优点

FMC 标准与使用 PCI、PCI-X、PCI-E 或 Serial RapidIO 等复杂接口连接到载卡的PMC 和 XMC 标准不同，FMC 标准只要求核心 I/O收发器电路直接连接至载卡上的FPGA 即可。

FMC子模块的设计，通过取消固定协议，最小的系统支持，和灵活的引脚分配，最大限度地减少设计的精力和资源。这样做能够提高效率，进而带来诸多显著优势：（1）设计重复利用性：不管是采用定制的内部板设计还是商用成品 (COTS) 子卡或载卡，FMC 标准有助于将现有的 FPGA / 载卡设计重新用到新的 I/O 上，而这只需更换FMC 模块并对 FPGA 设计略作调整即可。

（2）数据吞吐量：支持高达 10 Gb/s 的信号传输速率，子卡和载卡之间潜在总带宽达40 Gb/s。

（3）多I/O：提供充足I/O数量，紧密排列，空间占用少

（4）兼容性：标准化的电源，规范的信号定义，增加彼此的兼容性

（5）稳定性：宽面积接触，采用BGA封装，增加抗震性能

三、FMC标准的尺寸及其对应使用的连接器

（1）FMC标准定义了单宽度(69 毫米 x 76.5 毫米) 和双宽度(139 毫米 x 76.5 毫米)两种尺寸。单宽度模块支持到载卡的单个连接器。双宽度模块主要面向需要更高带宽、更大前面板空间或较大PCB 面积的应用，支持多达两个连接器。FMC 标准提供两种尺寸，能够更加灵活地根据空间、I/O 要求或者这两者的要求对板进行精心优化。

（2）FMC有两种不同连接器，以用作标准到载卡上的 FPGA 的接口：一种是具有 160个引脚的低引脚数 (LPC) 连接器，另一种则是具有 400个引脚的高引脚数 (HPC) 连接器。这两种连接器均支持高达 2Gb/s 的单端和差分信号传输速率，且到 FPGA 串行连接器的信号传输速率高达 10Gb/s。

（3）HPC 和 LPC 连接器都使用相同的机械式连接器，唯一的差别在于实际上移植哪些信号，因此采用 LPC 连接器的卡也能插入 HPC 处，而且只要适当设计，HPC 卡在插入 LPC 处时还能提供诸多派生功能。此外，除了 68个用户定义的单端信号或者 34个用户定义的差分对外，LPC 连接器还提供了1个串行收发器、时钟、JTAG 接口和1个作为基础智能平台管理接口 (IPMI) 命令可选支持的 I2C 接口。而 HPC 连接器则提供了 160个用户定义的单端信号(或者 80个用户定义的差分对)、10个串行收发器对以及更多时钟。

四、设计研发产生的背景

（一）传统FMC单宽度子板的介绍

FMC接口（载板、子板）：

FMC单宽度子板标准尺寸：

（二）标准子卡的缺陷

然而，标准子卡69 毫米×76.5 毫米的大小规格，限制了子卡PCB板的元件面积，使得子卡在一些复杂的电路设计前捉襟见肘，特别是对于带CPU的接口处理板，很难满足要求。因此，提出了此改进FMC标准的规范。

五、基于CPCI载板与FMC子卡互联结构设计

（一）本规范的优势和特点

本规范以FMC标准为基础，继承FMC原有特性和优势，针对子卡面积上的不足做出了改进。将子卡的面积从69毫米×76.5毫米增加至69毫米×90毫米，使之能够满足EDA

对更大PCB板面积的要求，使得设计工作更加灵活，并且依然保持原有的接口兼容特性，特别是与CPCI的完美结合的优势。

（二）本规范的几何定义

六、几种应用实例

（一）基于FMC接口的AD、DA子卡模块

1、概述

FMC连接器是一种高速多pin的互连器件，广泛应用于板卡对接的设备中，特别是在xilinx公司的所有开发板中都使用。该AD，DA子卡模块就专门针对xilinx开发板设计的标准板卡，用于模拟信号、中频信号采集，信号发出等应用。

（二）基于FMC接口的2路CameraLink输入/输出子卡模块

1、概述

FMC连接器是一种高速多pin的互连器件，广泛应用于板卡对接的设备中，特别是在xilinx公司的所有开发板中都使用。该CamerLink子卡模块就专门针对xilinx开发板设计的标准板卡，用于视频信号检测，分析等应用。

2、性能指标

（1）FMC接口,支持2路CamerLink BaseLine 输出。

（2）CamerLink采用Mini 1mm间距的连接器，最大减小板卡空间大小。

（3）FMC卡大小为：90mmX69mm。安装孔大小为2.7mm。

3、物理特征

储存温度：-20℃～ +70℃

存储温度：商业级0℃～ +55℃ ，工业级 -20℃～ +55℃

工作湿度：10%～80%

（三）兼容xilinx公司开发板设计--基于FMC接口的DSP TMS320C6455子卡模块

1、概述

FMC连接器是一种高速多pin的互连器件，广泛应用于板卡对接的设备中，特别是在xilinx公司的所有开发板中都使用。该DSP子卡模块以TI强大性能DSP TMS320C6455作为主芯片，专门针对xilinx开发板设计的标准板卡，用于高速数据、视频信号检测，分析等应用。

2、性能指标

(1)DSP芯片性能

a.DSP时钟主频1GHz，支持1.2GHz。

b.内存总线独立，板载 DDR2-500 512MB。

c.支持32MB-128MB Nor Flash。

d.支持千兆网络接口。

e.支持 I2C的 E2Prom。

(2)接口介绍

a.接口支持FMC标准的HPC连接器，支持 EMIF 64bit宽度，同步100MHz传输；Mcpbs0；

Mcbsp1；RapidIO X4。

b.接口支持FMC标准的LPC连接器支持EMIF32bit宽度，同步100MHz，Mcbsp1，

RapidIOX1，Flash仅支持4MB。

c.连接电源 +12V，+3.3V 。板卡独立供电+5V--+12V均可，模块最大功耗在8W。

(3)板卡尺寸： FMC卡大小为：90mmX69mm。安装孔大小为2.7mm。

3、物理特性

储存温度：-20℃～ +70℃

存储温度：商业级0℃～ +55℃，工业级 -20℃～ +55℃

工作湿度：10%～80%

4、软件支持

a. 支持千兆网络传输程序，移植LWIP协议栈，支持ping，TCP、UDP、IP传输协议。

b.支持DDR2空间的自检测试程序。

c. 支持RapidIO X1 X4 EDMA 中断数据传输程序。

d. DSP与FPGA的EMIF口 EDMA，同步中断传输程序，测试速率在200MB/s以上。

e. 支持1K字节的引导，Flash 烧写测试程序。

5、应用领域

数字成像，图像分析与测试。

（四）基于CPCI-FMC架构的FPGA（型号EP3C40F484）中低端产品验证平台

1、板卡概述

基于FMC连接器快速搭建验证平台，是Xilinx新一代开发板率先使用的板间互联的形式，目前很多公司开发相适应的子卡进行连接调试。本板卡利用ALtera的Ep3C40F484芯片开发满足中低速的应用平台，并且结合CPCI几何架构，除了能满足简单的验证之外，并能快速搭建基于CPCI架构的高端稳定抗震的产品。

2、板卡介绍

(1) FPGA: 本系统采用CycloneIII EP3C40F484C8。根据本系统的运算性能和外设I/O的需求，选用CycloneIII系列的EP3C40F484C8芯片，它具有39600个逻辑单元、2340Kbit

存储单元，126个乘法器、4个PLL， 331个外部独立I/O，最高运行时钟高达300MHz 。该性能已经满足本系统的要求。

(2)FPGA图像缓存SDRAM: 选用两片大容量的SDRAM，MT48LC16M16A2 （4 Meg x 16 x 4 banks）独立挂接在FPGA上，一片可以用于存储图像或者AD等接口数据流，一片可以用于作为内嵌NIOS系统的系统内存使用。

(3)FMC接口采用LPC封装，母座与xilinx 开发板兼容，能兼容连接Xilinx网站的FMC 子卡，支持LVDS和LVTTL电平信号切换选择（通过跳电阻选择Bank电压+3.3V或者

+2.5V）。Pin连接关系如下：

(4)FMC子卡尺寸

如果设计使用如图大小的FMC子卡，可以直接扣在该载板上，并保证前面板对齐有利于机箱外壳设计。

(5)构建产品机箱选择：

A CPCI模式

利用CPCI机箱和电源，插入载板和子卡，直接构建产品。

B 普通1U机箱

该模式不需要安装CPCI把手和CPCI连接器，直接放置在如下机箱里面，配置合适功率的电源，即可搭建产品，为客户快速开发提供支撑。