方案概述

核心芯片型号：Xilinx FPGA（XC7VX485T-2FFG1157C）

1. 板卡概述

本平台是一款基于PCI Express总线架构的高性能FPGA算法加速卡，该FPGA加速板卡采用Xilinx的高性能7系列FPGA作为运算节点。Xilinx的 7系列FPGA通过对资源、接口以及时钟的优化，在高性能计算（High Performance Computing）上表现出卓越的性能。Virtex-7系列FPGA具有优化的GTX高速收发器，具有百万门级的逻辑资源，尤其适合于大规模逻辑运算。FPGA加速板卡具有高带宽大容量动态缓存，其中的大容量DDR3 SDRAM缓存单元，用于完成处理复杂逻辑与算法时的数据缓存。具备高性能、低功耗、低成本、可编程的特性。FPGA加速卡还支持Xilinx OpenCL软件开发环境SDAccel，为软件工程师开发FPGA加速应用提供了可能。

2.功能框图

3.硬件指标

标准PCI Express 半高半长卡，适合于普通服务器、工作站；

符合PCI Express Gen2.0规范，x8模式，理论带宽高达4GByte/s；

板载Virtex-7系列FPGA处理器： Xilinx Virtex-7系列 FPGA（XC7VX485T-2FFG1157C）；

板载高精度有源晶振，温度稳定性高达±0.28ppm，老化率±1ppm；  

板载1片1Gbit BPI Flash，用于主FPGA的加载；

支持JTAG调试接口；

具有调试指示灯；

4.用户定制 

定制算法与逻辑；

定制PC机驱动与演示程序；

支持win7 64位/32位操作系统，支持Linux操作系统；

应用场合与方案优势：

FPGA加速卡的加速算法可以根据用户实际需要修改，在数据中心、算法加速、大数据分析、高性能计算、服务器硬件加速等常见的一些加速应用场景如下：

大数据分析、文本搜索/分析、机器学习、认知计算、算法验证、卷积神经网络、深度神经网络、网络安全、语音识别、视频编码、图像识别和处理、压缩/解压缩、加密/解密、分布式存储

XC7VX485T-2FFG1157C产品详细信息

Datasheets 7 Series FPGAs Overview

Virtex-7 T/XT FPGA Datasheet

Virtex-7 FPGAs Brief

Product Photos XC7V585T-1FFG1157C

Product Training Modules Powering Series 7 Xilinx FPGAs with TI Power Management Solutions

PCN Design/Specification Zynq-7000 Datasheet Update 02/Jun/2014

PCN Assembly/igin Additional Wafer Fabrication 16/Dec/2013

Substrate Supplier Addition 03/Nov/2014

Stard Package ? 1

Categy Integrated Circuits (ICs)

Family Embedded - FPGAs (Field Programmable Gate Array)

Series Virtex®-7

Number of LABs/CLBs 37950

Number of Logic Elements/Cells 485760

Total RAM Bits 37969920

Number of I/O 600

Number of Gates -

Voltage - Supply 0.97 V ~ 1.03 V

Mounting Type Surface Mount

Operating Temperature -40°C ~ 100°C

Package / Case 1156-BBGA, FCBGA

Supplier Device Package 1157-FCBGA (35x35)

F Use With

410-301P-KIT-ND - BOARD FPGA-SUME

FPGA

FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

开发

FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现；相比于PC或单片机（无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构）的顺序操作有很大区别，也造成了FPGA开发入门较难。目前国内有专业的FPGA外协开发厂家，如[北京中科鼎桥ZKDQ-TECH]等。FPGA开发需要从顶层设计、模块分层、逻辑实现、软硬件调试等多方面着手。

工作原理

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输入输出模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。 现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构。FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。

电源类型

FPGA电源要求输出电压范围从1.2V到5V，输出电流范围从数十毫安到数安培。可用三种电源：低压差(LDO)线性稳压器、开关式DC-DC稳压器和开关式电源模块。最终选择何种电源取决于系统、系统预算和上市时间要求。

如果电路板空间是首要考虑因素，低输出噪声十分重要，或者系统要求对输入电压变化和负载瞬变做出快速响应，则应使用LDO稳压器。LDO功效比较低（因为是线性稳压器），只能提供中低输出电流。输入电容通常可以降低LDO输入端的电感和噪声。LDO输出端也需要电容，用来处理系统瞬变，并保持系统稳定性。也可以使用双输出LDO，同时为VCCINT和VCCO供电。

如果在设计中效率至关重要，并且系统要求高输出电流，则开关式稳压器占优势。开关电源的功效比高于LDO，但其开关电路会增加输出噪声。与LDO不同，开关式稳压器需利用电感来实现DC-DC转换。

要求

为确保正确上电，内核电压VCCINT的缓升时间必须在制造商规定的范围内。对于一些FPGA，由于VCCINT会在晶体管阈值导通前停留更多时间，因此过长的缓升时间可能会导致启动电流持续较长时间。如果电源向FPGA提供大电流，则较长的上电缓升时间会引起热应力。ADI公司的DC-DC稳压器提供可调软启动，缓升时间可以通过外部电容进行控制。缓升时间典型值在20ms至100ms范围内。

许多FPGA没有时序控制要求，因此VCCINT、VCCO和VCCAUX可以同时上电。如果这一点无法实现，上电电流可以稍高。时序要求依具体FPGA而异。对于一些FPGA，必须同时给VCCINT和VCCO供电。对于另一些FPGA，这些电源可按任何顺序接通。多数情况下，先给VCCINT后给VCCO供电是一种较好的做法。

当VCCINT在0.6V至0.8V范围内时，某些FPGA系列会产生上电涌入电流。在此期间，电源转换器持续供电。这种应用中，因为器件需通过降低输出电压来限制电流，所以不推荐使用返送电流限制。但在限流电源解决方案中，一旦限流电源所供电的电路电流超过设定的额定电流，电源就会将该电流限制在额定值以下。

主要生产

全球知名的FPGA生产厂商有：

1．Altera，开发平台是Quartus II

2．Xilinx　开发平台是ISE

3．Actel ，开发平台是Libero

4．Lattice，开发平台是 ISPLEVER

5．Atmel

其中Altera作为世界老牌可编程逻辑器件的厂家，是可编程逻辑器件的发明者，开发软件MAX+PLUSII和QuartusII。Xilinx是FPGA的发明者，拥有世界一半以上的市场，提供90%的高端65nmFPGA产品，开发软件为ISE,其产品主要用于军用和宇航。

Altera和Xilinx主要生产一般用途FPGA，其主要产品采用RAM工艺。Actel主要提供非易失性FPGA，产品主要基于反熔丝工艺和FLASH工艺。

Xilinx

Xilinx是全球领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商。Xilinx研发、制造并销售范围广泛的高级集成电路、软件设计工具以及作为预定义系统级功能的IP（Intellectual Property）核。

Xilinx公司介绍

Xilinx(赛灵思)是全球领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商。Xilinx研发、制造并销售范围广泛的高级集成电路、软件设计工具以及作为预定义系统级功能的IP（Intellectual Property）核。客户使用Xilinx及其合作伙伴的自动化软件工具和IP核对器件进行编程，从而完成特定的逻辑操作。Xilinx公司成立于 1984年，Xilinx首创了现场可编程逻辑阵列（FPGA）这一创新性的技术，并于1985年首次推出商业化产品。眼下Xilinx满足了全世界对 FPGA产品一半以上的需求。Xilinx产品线还包括复杂可编程逻辑器件（CPLD）。在某些控制应用方面CPLD通常比FPGA速度快，但其提供的逻辑资源较少。Xilinx可编程逻辑解决方案缩短了电子设备制造商开发产品的时间并加快了产品面市的速度，从而减小了制造商的风险。与采用传统方法如固定逻辑门阵列相比，利用Xilinx可编程器件，客户可以更快地设计和验证他们的电路。而且，由于Xilinx器件是只需要进行编程的标准部件，客户不需要象采用固定逻辑芯片时那样等待样品或者付出巨额成本。Xilinx产品已经被广泛应用于从无线电话基站到DVD播放机的数字电子应用技术中。传统的半导体公司只有几百个客户，而Xilinx在全世界有7，500多家客户及50，000多个设计开端。其客户包括Alcatel，Cisco Systems，EMC，Ericsson，Fujitsu，Hewlett-Packard，IBM，Lucent Technologies，Motorola，NEC，Nokia，Nortel，Samsung，Siemens，Sony，Oracle以及Toshiba。

总部设在加利福尼亚圣何塞市（San Jose）的Xilinx公司是NASDAQ上市公司，代码为XLNX。Xilinx公司在全世界约有2，600名员工，其中约一半是软件开发工程师。尽管经济发展迟缓，科技界发展疲软，Xilinx 2003财政年度公司财政收入稳定。Xilinx 目前被广泛认为是半导体行业中管理最佳，财务状况良好的高科技企业。在财富杂志（Fortune Magazine）2003年“100家最适合工作的企业”排名中，Xilinx 名列前列，并被广泛认为是半导体行业中管理最佳，财务状况良好的高科技企业。旧金山编年史（San Francisco Chronicle）也把Xilinx 选为矽谷最适合工作的五十家公司之一。Xilinx 在Business Week S&P500表现最佳的50家公司中名列前列，并被福布斯杂志（Forbes）评为400个最佳的大公司之一。Xilinx 两家客户Cisco及Lucent，选出 Xilinx 是他们公司年度供应商。