來(lái)都來(lái)了，我們就來(lái)好好講講為什么萬(wàn)能的FPGA如此青睞FMC？

Why FMC?

FMC即FPGA Mezzanine Card（FPGA中間層板卡），由子板模塊和載卡兩部分構(gòu)成。

FMC載卡：為子板模塊提供插槽，使用母座FMC連接器。載卡連接器引腳與具有可配置IO資源的芯片例如FPGA引腳通過(guò)PCB設(shè)計(jì)連接在一起。

FMC 子板模塊：子板模塊上使用公座FMC連接器。子卡通過(guò)設(shè)計(jì)不同的IO接口實(shí)現(xiàn)不同的功能，使載卡連接不同的子板從而實(shí)現(xiàn)不同的擴(kuò)展功能。

*盤(pán)古100pro+開(kāi)發(fā)板FMC接口

*盤(pán)古100pro+開(kāi)發(fā)板FMC子板

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)FMC 標(biāo)準(zhǔn)（ANSI/VITA57.1-2008）的規(guī)定，F(xiàn)MC 子板有單寬和雙寬兩種尺寸，其具體尺寸信息如下：

單寬子板：寬度69mm/長(zhǎng)度76.5mm，也有其他尺寸如84.1mm/高度8.5mm和10mm兩種，但一般默認(rèn)10mm

雙寬子板：寬度139mm/長(zhǎng)度一般是76.5mm/高度同樣是有8.5mm和10mm兩種，默認(rèn)高度10mm。

這玩意都能整上美國(guó)國(guó)標(biāo)了，嗯，就很高！大！上！

*盤(pán)古100pro+開(kāi)發(fā)板FMC子板結(jié)構(gòu)圖

為使不同的FMC 子卡和載卡能相互兼容，F(xiàn)MC 接口管腳定義遵循 ANSI/VITA 57 等標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)管腳都有特定的功能，如：

CLK0_C2M_P、CLK0_C2M_N：從載卡到 IO 子板模塊的差分時(shí)鐘信號(hào)。

CLK0_M2C_P、CLK0_M2C_N：從 IO 子板模塊到載卡的差分時(shí)鐘信號(hào)。

HA(00..23)_P、HA(00..23)_N：HPC 上 bank A 的用戶(hù)自定義信號(hào)，為差分信號(hào)對(duì)。

HB(00..21)_P、HB(00..21)_N：HPC 上 bank B 的用戶(hù)自定義信號(hào)，為差分信號(hào)對(duì)。

LA(00..33)_P、LA(00..33)_N：差分信號(hào)對(duì)，一般用于 LPC 或作HPC 中 bank A 的部分信號(hào)。

設(shè)計(jì)人員能依據(jù)這些明確的定義，合理規(guī)劃子卡和載卡的功能，確保各部分之間的信號(hào)傳輸和交互準(zhǔn)確無(wú)誤，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的預(yù)期功能。

*盤(pán)古100pro+開(kāi)發(fā)板FMC子板接口信號(hào)定義

FMC接口連接器分為HPC連接器和LPC連接器：

·HPC 連接器：具有400 引腳，排列方式為 40 行 ×10 列。提供 160 個(gè)用戶(hù)定義的單端信號(hào)或者 80 個(gè)用戶(hù)定義的差分對(duì)、10 個(gè)串行收發(fā)器對(duì)以及更多時(shí)鐘，可傳輸高速信號(hào)。

·LPC 連接器：有160 引腳，排列行不變，列只有 CDGH。除 68 個(gè)用戶(hù)定義的單端信號(hào)或者 34 個(gè)用戶(hù)定義的差分對(duì)外，還提供 1 個(gè)串行收發(fā)器對(duì)、時(shí)鐘、JTAG 接口和 1 個(gè)作為基礎(chǔ)智能平臺(tái)管理接口命令可選支持的 I2C 接口。

FMC接口支持高達(dá)10Gb/s 的信號(hào)傳輸速率，子卡和載卡之間潛在總帶寬達(dá) 40Gb/s。單端和差分信號(hào)傳輸速率可達(dá) 2Gb/s。

應(yīng)用場(chǎng)景及優(yōu)勢(shì)

FMC 標(biāo)準(zhǔn)能滿(mǎn)足多種應(yīng)用場(chǎng)景需求，如智能采集系統(tǒng)、雷達(dá) / 聲吶、實(shí)時(shí)視頻處理、無(wú)線(xiàn)通信等，開(kāi)發(fā)板配備FMC 接口可讓用戶(hù)在不同應(yīng)用領(lǐng)域快速搭建系統(tǒng)。

FPGA開(kāi)發(fā)板常用FMC接口，有以下優(yōu)點(diǎn)：

·設(shè)計(jì)重復(fù)利用性：采用FMC 標(biāo)準(zhǔn)，可將現(xiàn)有的 FPGA / 載卡設(shè)計(jì)重新用到新的 I/O 上，只需更換 FMC 模塊并對(duì) FPGA 設(shè)計(jì)略作調(diào)整。

·兼容性：標(biāo)準(zhǔn)化的電源和規(guī)范的信號(hào)定義，使得不同廠(chǎng)家的FMC 子卡和載卡之間具有較好的兼容性。

·多I/O 特性：提供充足的I/O 數(shù)量，且引腳緊密排列，空間占用少，能夠滿(mǎn)足多種不同應(yīng)用對(duì) I/O 的需求。

市面上通常中高端及以上級(jí)別的FPGA 開(kāi)發(fā)板會(huì)配備 FMC 接口

如：EK-U1-KCU105-G

EK-A7-AC701-G

與傳統(tǒng)排針接口相比，F(xiàn)MC接口具有更高的數(shù)據(jù)傳輸能力，更節(jié)省空間，更具備兼容性、設(shè)計(jì)復(fù)用性和穩(wěn)定性。

01

高數(shù)據(jù)傳輸能力

速率高：FMC 接口支持高達(dá) 10Gb/s 的信號(hào)傳輸速率，子卡和載卡之間潛在總帶寬達(dá) 40Gb/s，而傳統(tǒng)排針一般難以達(dá)到如此高的傳輸速率，無(wú)法滿(mǎn)足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/span>

信號(hào)質(zhì)量好：FMC 連接器采用差分信號(hào)傳輸?shù)燃夹g(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，能更好地保證高速信號(hào)傳輸?shù)耐暾院头€(wěn)定性。傳統(tǒng)排針在高速信號(hào)傳輸時(shí)，容易受到電磁干擾等因素影響，導(dǎo)致信號(hào)失真、衰減。

02

高集成度與空間優(yōu)勢(shì)

引腳密度高：FMC 連接器有 160 引腳的低引腳數(shù)（LPC）和 400 引腳的高引腳數(shù)（HPC）兩種類(lèi)型，可在較小空間內(nèi)提供大量 I/O 接口。

尺寸緊湊：FMC 標(biāo)準(zhǔn)定義了單寬度（69mm76.5mm）和雙寬度（139mm76.5mm）兩種尺寸，模塊設(shè)計(jì)緊湊，在對(duì)空間要求苛刻的應(yīng)用中更具優(yōu)勢(shì)3。

03

兼容性與靈活性

標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一：FMC 有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同廠(chǎng)家的 FMC 子卡和載卡只要符合標(biāo)準(zhǔn)，就能相互兼容和連接。傳統(tǒng)排針通常沒(méi)有這樣統(tǒng)一嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，不同廠(chǎng)家的排針在引腳定義、間距、電氣特性等方面可能存在差異，兼容性較差。

引腳分配靈活：FMC 接口可根據(jù)實(shí)際需求靈活分配引腳功能，能適應(yīng)多種不同的應(yīng)用場(chǎng)景和功能擴(kuò)展。傳統(tǒng)排針的引腳功能通常在設(shè)計(jì)時(shí)就固定了，后期難以更改。

04

可靠性與穩(wěn)定性

連接穩(wěn)固：FMC 連接器通常采用 BGA 封裝等方式，與電路板的連接更加穩(wěn)固，抗震性能好，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。

抗干擾能力強(qiáng)：FMC 接口的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)較好，具備良好的電磁兼容性，能有效抵抗外界電磁干擾，也不會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生過(guò)多的電磁輻射。傳統(tǒng)排針的抗干擾能力相對(duì)較弱，在電磁環(huán)境復(fù)雜的情況下，可能會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

05

設(shè)計(jì)復(fù)用性

模塊可替換：采用FMC 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，可通過(guò)更換 FMC 模塊并對(duì) FPGA 設(shè)計(jì)略作調(diào)整，將現(xiàn)有的 FPGA / 載卡設(shè)計(jì)應(yīng)用到新的 I/O 上，提高了設(shè)計(jì)的復(fù)用性，縮短了開(kāi)發(fā)周期，降低了成本。

便于升級(jí)維護(hù)：當(dāng)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)或維護(hù)時(shí)，只需更換相應(yīng)的FMC 子卡，而無(wú)需對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模的改動(dòng)。傳統(tǒng)排針連接的系統(tǒng)在升級(jí)或維護(hù)時(shí)，可能需要重新設(shè)計(jì)和布線(xiàn)，工作量大，成本高。

盤(pán)古100Pro+開(kāi)發(fā)板擴(kuò)展底板預(yù)留了一組FMC LPC擴(kuò)展口，符合FMC接口規(guī)范，可用于外接FMC模塊。

*盤(pán)古100 Pro+開(kāi)發(fā)板FMC接口

盤(pán)古100Pro+開(kāi)發(fā)板FMC擴(kuò)展口共擴(kuò)展24對(duì)差分IO（盤(pán)古200Pro+開(kāi)發(fā)板FMC擴(kuò)展口共擴(kuò)展34對(duì)差分IO），1路I2C總線(xiàn)信號(hào)，一路 HSSTLP 高速串行數(shù)據(jù)收發(fā)信號(hào)以及為 HSSTLP 提供的一路參考時(shí)鐘。FMC擴(kuò)展的差分信號(hào)分別連接在BANK L6、BANK L5、BANK L4、BANK L7上，其中BANK L6的IO電壓由L6_VADJ決定，BANK L7的IO電壓由L7_VADJ決定，底板L6_VADJ和L7_VADJ使用相同電源，可通過(guò)跳線(xiàn)帽座連接J20處和J24處的不同針腳決定為3.3V或2.5V或1.8V。

* FMC擴(kuò)展IO子卡接口圖

FMC擴(kuò)展IO子卡（型號(hào)：MES-FMC-LPC-IO）為FPGA開(kāi)發(fā)板FMC接口擴(kuò)展2路40pin擴(kuò)展IO，共68個(gè)用戶(hù)IO，提供豐富的IO連接外部設(shè)備，40pin擴(kuò)展IO與小眼睛科技FPGA開(kāi)發(fā)板的40pin IO線(xiàn)序一致，配套外設(shè)模塊在子卡上可直接連接使用。FMC擴(kuò)展子卡上6個(gè)SMA接口連接一路高速串行收發(fā)器和一路高速串行收發(fā)器參考時(shí)鐘輸入，支持高速數(shù)據(jù)傳輸。

FMC擴(kuò)展IO子卡的2路40pin擴(kuò)展IO可連接小眼睛科技雙目攝像頭模塊、ADC-DAC模塊、或通過(guò)PMOD擴(kuò)展模塊連接多種PMOD模塊（如：音頻輸入模塊、音頻輸出模塊、1.3寸OLED屏模塊、分頻器模塊、蜂鳴器模塊等），此外擴(kuò)展SMA_HSST接口可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。

*FMC外接雙目攝像頭演示

*FMC外接ADDA模塊演示

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原文標(biāo)題：Why FPGA開(kāi)發(fā)板喜歡FMC?

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