設計嵌入系統的主要挑戰來自于需要同時優化眾多設計因素。這些需要優化的設計因素包括單位成本、NRE(不可回收工程)成本、功率、尺寸、性能、靈活性、原型制造時間、產品上市時間、產品在市場生存時間、可維護性、可重配置能力、工程資源、開發和設計周期、工具、硬件/軟件劃分，以及其他許多因素。

Virtex-II ProTM平臺FPGA產品基于高性能的Virtex-IITM結構，為嵌入式系統設計提供了一個極靈活的解決方案。利用Virtex-II ProTM器件，嵌入式系統設計人員可以在單片器件內集成范圍廣泛的硬和軟IP核心，其中的硬件和固件具有可升級能力，從而可延長產品的在市場生存時間。 Virtex-II 結構的可編程能力降低了系統開發時間并使單個平臺FPGA解決方案可適用于多種應用。Virtex-II ProTM FPGA使系統設計人員可在整個開發周期中對系統進行優化，同時還為硬件和軟件設計任務折衷提供了無與倫比的協同設計靈活性。硬件/軟件系統劃分允許設計 人員可以控制以效率最高的方式實現所需要的功能。

Virtex-II ProTM平臺FPGA產品提供了一個可以滿足多種應用的處理、DSP和連接功能要求的平臺，這些應用包括光學網絡系統、千兆位路由器、無線蜂巢式基站、 調制解調器陣列、專業視頻廣播系統、測試和測量設備、生物醫療系統、工業控制器，以及其他許多應用。下面我們重點列出了Virtex-II ProTM平臺FPGA的主要特性和功能。

Rocket I/OTM 收發器

Virtex-II ProTM 器件提供了高達16個千兆位并串和串并收發器，可以支持不同的高速串行標準，如Gigabit Ethernet、 Fiber Channel、 Infiniband、 Serial ATA、 RapidIO、 3GIO、 Aurora、 和XAUI。其通道綁定功能可以結合多個通道提供高于3.125Gb/s的數據傳輸速率。Rocket I/OTM收發器支持物理媒體附加子層(串行化器、并串轉換器、時鐘和數據恢復、發送/接收緩沖器)和物理編碼子層(8B/10B編碼器/解碼器和彈性緩 沖器)。

PowerPCTM 405 處理器

Virtex-II ProTM 器件可提供多達4個高性能、低功耗、高速IBM PowerPCTM 405微處理器核心。在器件中集成PowerPC核心是利用IP-Immersion架構完成的。IP-Immersion架構允許硬核心擴散分布到平臺 FPGA結構中的任意位置，同時還可保持與周圍邏輯陣列間的無與倫比的連接能力。利用處理器局部總線(PLB)和采用CoreConnect互連總線片上 總線架構的外設總線，處理器可以控制和管理多種外設資源。運行在300+MHz時鐘下，能夠提供420+ Dhrystone MIPS性能的PowerPCTM 405微處理器核心提供了眾多下一代嵌入式系統所需要的處理能力。

18位×18位乘法器

Virtex-II ProTM 器件提供多達216個嵌入式18位×18位二進制補碼乘法器。這些嵌入式乘法器為實現18位× 18位帶符號乘法提供了一個快速高效的方法。一個乘法器模塊與一個SelectRAM存儲器塊相關聯。乘法器模塊針對利用塊SelectRAM一個端口的數據進行了優化。利用這些乘法器，讀取/相乘/累加操作和DSP濾波器結構變得異常快速和高效率。SelectRAM存儲器和乘法器資源都連接到四個交換矩陣以實現與通用布線資源的連接。

全局時鐘

高頻率設計需要低畸變的高級時鐘分配。在多數大密度設計中通常需要大量全局時鐘。所有的Virtex-II ProTM器件都包含16個全局時鐘緩沖器，支持16個全局時鐘區域。這些時鐘域支持進行更高水平的邏輯集成，并免除了進行復雜的時鐘樹分析的需要。16 個時鐘緩沖器還是“無毛刺”同步2:1復用器。這些復用器可以在任意時間在兩個異步(或同步)時鐘間進行切換。

數字時鐘管理器(DCM)

Virtex-II ProTM器件提供多達8個數字時鐘管理器(DCM)。每一個DCM都支持零延遲時鐘緩沖、精確相位移動和頻率合成控制。

DCM還支持對其輸出時鐘進行90°、180°和270°的相移。異常靈活的頻率合成可提供輸入時鐘頻率分數倍數或整數倍數的時鐘輸出頻率。

片上存儲器(OCM)控制器

OCM控制器在FPGA中的塊RAM和嵌入式PowerPCTM405處理器核心執行單元間提供一個專用的接口。PowerPCTM核心上的OCM信號旨在提供對固定大小的指令和數據存儲器空間的超快速訪問。

OCM接口具有與緩存同樣的訪問時間。由于緩存為來自其它存儲器資源的緩沖代碼而保留，因此OCM減小了緩存的更新頻率。雙口塊RAM可做為OCM在處理器核心和FPGA結構間實現一個高效率的共享式高速緩存存儲器接口。

Block SelectRAM (BRAM) 資源

除了分布式 Select RAM存儲器(可級聯16位×1位)以外，Virtex-II ProTM器件還包含了大量18kbit的塊狀SelectRAM(BRAM)。BRAM存儲器是真正雙口(True Dual-Port)RAM，在器件內提供了大量快速分散的存儲器塊。BRAM存儲器的總量隨著Virtex-II Pro器件的規模而增長(高達3.8Mbit)。18Kb每塊的BRAM塊是可級聯的，從而可支持更深和更寬的存儲器設計，同時通過專門的布線資源使得時 序代價極小。

單端 SelectI/O 資源

對更復雜系統的需求、時鐘速率的提高和對 更小芯片到芯片間延遲的要求推動了更高性能I/O的發展。Virtex-II ProTM FPGA系列包括了高度可配置的高性能的可支持范圍廣泛的I/O標準的單端SelectI/O模塊。Virtex-II ProTM SelectI/O模塊支持下列單端I/O標準：

GTL+、HSTL (I, II, III, 和 IV)、 SSTL3 (I, 和 II)、 SSTL2 (I 和 II) 、 LVTTL、 LVCMOS(15, 18, 25, 和 33)、PCI33_3、 PCI66_3、 PCIX 和 GTL。

數字控制阻抗匹配(DCI)

DCI為發射器和接收器提供了片上端接。這樣 就不再需要電路板上大量的外部端接電阻，降低了電路板的布線困難和器件數量，同時由于消除了端頭反射(發生在端接電阻離傳輸線的端點太遠時)，還改善了信 號完整性。利用DCI，端接電阻離輸出驅動器或輸入緩沖器盡可能近。因此，完全避免了端頭反射。DCI動態地調整I/O阻抗，使其等于外部參考電阻。

軟智力產權(IP)核心

軟IP核心為設計增加了功能和靈活性。由于其靈活 性特點，還可利用軟IP核心對產品進行較小的升級或對在設計的生命周期中段進行升級，從而延長產品生命周期。許多軟核心都可用于Virtex-II ProTM器件。由于具有多達450萬FPGA門，設計人員可在一塊Virtex-II ProTM FPGA器件中集成多種不同的核心。

Gigabit Ethernet MAC、10/100 Ethernet MAC、多種不同的存儲器控制器、ATM Utopia Level 2、總線仲裁器、 I2C、 UART、和SPI等就是Xilinx為Virtex-II ProTM 設計提供的IP核心的一些例子。Xilinx公司的System Generator 工具可利用CoreConnect互連總結架構自動集成PowerPCTM和選擇并定制的軟外設。

更大的集成度和更小的尺寸

大多數印刷電路板都布滿了眾多不同的器件，如存儲器、邏輯器件、微處理器、端接匹配電阻，以及多種其他元器件。Virtex-II ProTM FPGA集成有嵌入式微處理器核心多通道Rocket I/OTM收發器，再配合豐富的軟IP核心，從而在單個芯片中即集成了上面提到的多種器件。因此，這大大提高了靈活性、性能，并降低了材料清單成本。

可綜合的軟IP核心可以為設計帶來多種功能，并提高設計的靈活性。軟IP解決了許多上市時間問題，還簡化了設計驗證。圖1示意出了一個典型千兆位以太網 路由器的框圖。其中Memery Controller、FPGA、PLD以及Port Controller MAC模塊可以利用Xilinx或其聯盟IP合作伙伴所提供的軟IP核心代替的數字器件。

Virtex-II ProTM的可編程特性使嵌入式系統設計人員可在整個開發周期中對系統進行優化，并為硬件和軟件設計折衷提供了無與倫比的協同設計靈活性。軟件 /硬件劃分可提供效率最高的解決方案。以軟件方式完成硬件任務成本較低但速度慢。用硬件來完成軟件任務速度快但成本高且效率也不高。Virtex-II平 臺FPGA器件可以在軟件和硬件實施間實現實用的平衡，同時還可提供基于設計規范和要求的最佳解決方案。

當今的許多通信標準和協議還不成熟， 并仍處于持續的演化進行中。在很多情況下ASIC和ASSP解決方案并不適用，因為它們不能隨著標準的演化而改變。FPGA是這種情況下的理想選擇，因為 他們有可配置的結構，可以容易地實現、重新配置和升級(甚至可通過因特網)新的標準和協議。通信系統(或任何具有多種協議的系統)中存儲的不同協議也要求 內置協議變換功能。Virtex-II ProTM FPGA可以非常好地完成此類重要任務。

更少的電路板器件也意味著需要更小的電路板空間，因此,系統成本中又可節約每層每平方英寸達0.22美元的成本。對于一塊26層的電路板，這意味著每平方英寸平均5.88美元的成本。圖2示意出圖1中可實現成本/器件節約的地方。

總結

Virtex-II ProTM FPGA可在高性能FPGA結構中實現軟IP核心，具有嵌入式硬微處理器核心、嵌入式Rocket I/O收發器、豐富的硬件和軟件功能，并有優化的嵌入式設計工具鏈支持。這些都使得Virtex-II ProTM FPGA可以最有效的方式解決與嵌入式系統設計相關的幾乎所有挑戰。Virtex-II ProTM FPGA可滿足產品上市時間、在市場生存時間、性能、成本、系統劃分、靈活性、可重配置能力、工程資源和更短的設計周期等所有方面的要求。