S4---FPGA-K7板级原理图硬件实战

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FPGA-K7板级原理图硬件实战

1. 基于XC7K325TFFG900的FPGA硬件实战框图

基于XILINX 的KINTEX-7 芯片XC7K325FPGA的硬件平台，FPGA 开发板挂载了4 片512MB 的高速DDR3 SDRAM 芯片，另外板上带有一个SODIMM接口用于扩展DDR3 的内存条。FPGA 芯片配置使用1 片128Mb 的QSPI FLASH 芯片。外围电路方面为用户扩展了丰富的接口，比如1 个PCIex8 接口、4 路10G SFP 光纤接口、1 路40G 的QSPF+光纤接口、1 路UART 串口接口、1 路SD 卡接口、1 个FMC 扩展接口、一个40 针的扩展口等等。

满足用户各种高速数据交换，数据存储，视频传输处理以及工业控制的要求，是一款"专业级“的FPGA 开发平台。为高速数据传输和交换，数据处理的前期验证和后期应用提供了方案。

1、系统框图（★）

1.1、时钟框图

1.2、复位框图

1.3、电源框图（S5课详解）

2、基于XC7K325T-2FFG900的FPGA硬件实战

2.1、XC7K325T-2FFG900  FPGA 简介

Kintex 7 FPGA Package Device Pinout Files  （K7）

《  ug475_7Series_Pkg_Pinout 》

主芯片使用的是Xilinx公司的KINTEX-7 FPGA芯片，型号为XC7K325T-2FFG900I。

属于Xilinx公司Kintex-7系列的产品。

速度等级为-2，温度等级为工业级。此型号为FGG900 封装，900 个引脚，引脚间距为1.0mm。

Xilinx ARTIX-7 FPGA的芯片命名规则如下：

芯片XC7K325T-2FFG900I为例进行简单介绍：

·XC7K：Xilinx公司KINTEX-7系列；

·325T：LE逻辑单元的数量，并带有高速串行收发器，各型号的逻辑资源量详见图下图

·-2：器件的速度等级，数字越大表示速度等级越高；

·FFG：封装方式；

·900：表示封装引脚数量；

·I：工作温度，商业级C：0℃～70℃，工业级I:-40℃～85℃、军工级: -55℃～125℃

k系列资源库

其中FPGA芯片XC7K325T的主要参数如下所示：(★)

名称	具体参数
逻辑单元Logic Cells	326,080
查找表(Slices)	50,950
触发器(CLB flip-flops)	407,600
Block RAM（36kb each）大小	445
DSP处理单元（DSP Slices）	840
PCIe Gen2	1
模数转换/XADC	1个12bit, 1Mbps AD
GTP Transceiver	16 个，12.5Gb/s max
速度等级	-2
温度等级	工业级

2.1.1、XC7K325T-2FFG900的管脚分类

2.1.2、XC7K325T-2FFG900电源管脚分类

2.2、时钟电路 （参考19课）

2.3、复位按键 （参考20课）

2.4、JTAG接口 （参考31课）

2.5、QSPI Flash （参考22课）

2.6、DDR3 （参考23课）

2.7、SODIMM内存条接口 （参考25课）

2.8、USB转串口 （参考7课）

2.9、SFP光纤接口 （参考3课）

2.10、QSFP+光纤接口 （参考3课）

2.11、pcie插槽 （参考47课）

2.12、温度传感器 （参考11课）

2.13、SD卡槽 （参考8课）

2.14、FMC连接器 （参考56课）

2.15、风扇 （参考12课）

2.16、LED灯 （参考42课）

2.17、40针扩展接口（注意电平匹配）

2.18、电源接口 (参考实战Power2-电源入口)

3、基于K7的FPGA硬件设计注意事项(★)

3.1、FPGA中Config0的相关管脚设置

CFGBVS_0	VCCO_0电压为3.3V/2.5V时，CFGBVS为高电平，即接到VCCO_0； VCCO_0电压为1.8V/1.5V时，CFGBVS为低电平，即接到GND。
PROGRAM_B_0	低电平有效复位配置逻辑。当PROGRAM_B脉冲为低电平时，FPGA配置被清零并启动新的配置序列。 在下降沿启动配置复位，并且配置（即编程）序列在随后的上升沿开始。为了确保输入稳定的高电平，需要外部连接一个≤4.7kΩ的电阻到VCCO_0。
INIT_B_0	配置存储器的初始化（低电平有效）； 当FPGA处于配置复位状态，FPGA正在初始化（清除）其配置存储器时，或者当FPGA检测到配置错误时，FPGA将此引脚驱动为低电平。完成FPGA初始化过程后，INIT_B释放到高阻态，此时外部电阻预计将INIT_B拉高。 在上电期间，INIT_B可以在外部保持低电平，以在初始化过程结束时停止上电配置序列。 当初始化过程后在INIT_B输入检测到高电平时，FPGA继续执行M [2：0]引脚设置所指示的配置序列的其余部分。 将INIT_B连接至一个≤4.7kΩ的上拉电阻至VCCO_0，以确保从低到高的转换。
DONE_0	DONE表示配置成功完成（高电平有效）作为输出，这个引脚说明配置过程已经完成；作为输入，配置为低电平可以延迟启动。
DXP_0,DXN_0	温度检测二极管引脚（阳极：DXP;阴极：DXN）。使用bank0中的DXP和DXN引脚访问热敏二极管。不使用时，连接到GND。 要使用热敏二极管，必须添加适当的外部热监控IC。
VP_0, VN_0	XADC专用差分模拟输入 如果不使用，这个引脚应该连接到GND。
VREFP_0	如果没有提供外部参考，则该引脚应该始终连接到GNDADC。
VREFN_0	即使没有提供外部引用，该引脚也应该始终连接到GND。
VCCBATT	VCCBATT是FPGA内部易失性存储器的电池备份电源，用于存储AES解密器的密钥。1.8V电平

3.1.2、M2_0、M1_0、M0_0、CCLK_0（FPGA采用Master SPI配置模式001）

3.1.3、VCCADC_0、GNDADC_0  (XADC模块)

3.1.4、TCK_0、TDI_0、TDO_0、TMS_0  (JTAG)

3.2、FPGA中bank 14 & 15的相关管脚设置（Master SPI）

3.3、FPGA与外设电平匹配（★）

3.4、FPGA中HP的DCI功能（★）

对于7系列FPGA，DCI技术只用在HP I/O bank,对HR I/O bank并不适用。

Xilinx DCI使用两个复用管脚来调整驱动器的阻抗或者并联终端电阻。这两个管脚分别是VRN和VRP。

VRN必须通过一个参考电阻Rref上拉到VCCO，而VRP则必须通过一个参考电阻Rref下拉到地。这个Rref的阻值一般等于PCB走线的特征阻抗或者是这个阻抗的2倍。

3.5、FPGA 的高速MGTx电路设计注意点

3.5.1、MGTAVCC的电平

3.5.2、端接校准电阻

3.5.3、AC耦合电容

详细内容参考视频讲解