面對似乎層出不窮的新 I/O 標準，目前嵌入式系統設計人員繼續依靠 FPGA 來部署系統日益重要的外部 I/O 接口，這點絲毫不足為奇。FPGA 可提供大量可配置的 I/O，能在適當 IP 基礎上支持幾乎無限多種高度復雜的 I/O 標準。設計人員還能用 FPGA 執行流內 (in-stream) 數據處理，甚至以數千兆位級信號傳輸速率和帶寬運行的協議。

　　FPGA 能夠靈活適應 I/O 要求變化。FPGA 經重配置(除了替換物理 I/O 組件和連接器外基本無需其它更改)后，便可部署新的協議。如果 I/O 不是實施在夾層模塊上的話，那么這就意味著需要修改板的設計。為了避免設計更改造成成本和工作量的增加，設計人員以前一直采用 PCI 夾層卡 (PMC) 和交換夾層卡 (XMC) 標準。不過，上述標準是十多年前針對單板計算機 (SBC) 等通用解決方案而并非 FPGA 開發的。2008 年 7 月，情況發生了變化，美國國家標準學會 (ANSI) 批準發布了 VITA 57 FPGA 夾層卡 (FMC) 標準。

　　FMC 標準由包括 FPGA 廠商和最終用戶在內的公司聯盟開發，旨在為基礎板(載卡)上的 FPGA 提供標準的夾層卡尺寸、連接器和模塊接口。通過這種方式將 I/O 接口與 FPGA 分離，不僅簡化了 I/O 接口模塊設計，同時還最大化了載卡的重復利用率。與使用 PCI、PCI-X、PCIe 或 Serial RapidIO 等復雜接口連接到載卡的 PMC 和 XMC 標準不同，FMC 標準只要求核心 I/O收發器電路直接連接至載卡上的 FPGA 即可。欲了解更多信息請登錄電子發燒友網(http://www.1cnz.cn )

　　這樣做能夠提高效率，進而帶來諸多顯著優勢：

　　數據吞吐量：支持高達 10 Gb/s 的信號傳輸速率，夾層卡和載卡之間潛在總帶寬達 40 Gb/s。

　　時延：消除了協議開銷，避免了時延問題，確保確定性數據交付。

　　簡化設計：無需了解 PCI、PCI Express 或 Serial RapidIO 等協議標準的專業技術。

　　系統開銷：通過簡化系統設計降低了功耗，縮短了工程設計時間，并縮減了IP 核及材料成本。

　　設計重復使用：不管是采用定制的內部板設計還是商用成品 (COTS) 夾層卡或載卡，FMC 標準有助于將現有的 FPGA / 載卡設計重新用到新的 I/O 上，而這只需更換 FMC 模塊并對 FPGA 設計略作調整即可。

　　FMC 標準的亮點

　　FMC標準定義了單寬度(69 毫米 x 76.5 毫米) 和雙寬度(139 毫米 x 76.5 毫米)兩種尺寸。單寬度模塊支持到載卡的單個連接器。雙寬度模塊主要面向需要更高帶寬、更大前面板空間或較大PCB 面積的應用，支持多達兩個連接器。FMC 標準提供兩種尺寸，能夠更加靈活地根據空間、I/O 要求或者這兩者的要求對板進行精心優化。圖 1 給出了 FMC 載卡及多種 FMC 夾層卡示意圖。

　　圖 1：FMC 載卡和多種 FMC 夾層卡

　　選定尺寸之后，板設計人員就要在兩種不同連接器間做出選擇，以用作 FMC 標準到載卡上 FPGA 的接口：一種是具有 160 個引腳的低引腳數 (LPC) 連接器，另一種則是具有 400 個引腳的高引腳數 (HPC) 連接器。這兩種連接器均支持高達 2 Gb/s 的單端和差分信號傳輸速率，且到 FPGA 串行連接器的信號傳輸速率高達 10 Gb/s。

　　除了 68 個用戶定義的單端信號或者 34 個用戶定義的差分對外，LPC 連接器還提供了 1 個串行收發器對、時鐘、JTAG 接口和 1 個作為基礎智能平臺管理接口 (IPMI) 命令可選支持的 I2C 接口。而 HPC 連接器則提供了 160 個用戶定義的單端信號(或者 80 個用戶定義的差分對)、10 個串行收發器對以及更多時鐘。

　　HPC 和 LPC 連接器都使用相同的機械式連接器，唯一的差別在于實際上移植哪些信號，因此采用 LPC 連接器的卡也能插入 HPC 處，而且只要適當設計，HPC 卡在插入 LPC 處時還能提供諸多派生功能。

　　圖 2 顯示的是賽靈思的一個實例板，該板采用了 Virtex'-6 FPGA和兩種 FMC連接器(一個 LPC 和一個 HPC)。

　　圖 2：ML605 評估板

　　FMC 標準支持眾多現有的業界標準載卡尺寸，包括 VME、CompactPCI、VXS、VPX、VPX-REDI、CompactPCI Express、AdvancedTCA 以及 AMC 等。FMC標準還定義了一系列環境配置，包括低成本商用級尺寸乃至強化的傳導式散熱選項。

　　FMC的市場機會

　　將 FMC 標準和 FPGA 的多樣性結合在一起，可帶來一系列有趣的市場和應用商機。航空與國防、醫療、工業、電信、視頻及其它等市場通常高度依靠 FPGA來實現其數字信號處理 (DSP) 性價比優勢，并滿足各種不同的 I/O 要求。不過，過去每個市場及給定市場中的每個應用都需要不同的板設計。

　　FMC 標準的出現將板設計進行了模塊化，分為處理引擎(載卡)和 I/O 引擎(FMC 模塊)兩大部分。設計人員現在能重復利用單個載卡(包括一個或多個FPGA 以及適當數量和類型的 FMC 連接器和板)作為多種不同市場和應用的基礎。此外，借助性能更高、功能更強的新型 FPGA 產品，設計人員能在確保與現有 FMC 模塊全面兼容的同時輕松升級到新載卡。

　　粗略看看上述部分市場的尺寸、I/O 及處理要求，我們能看出問題的所在。舉例來說，廣播視頻應用通常需要接入 4 個或更多 SDI 連接器、10 Gb 以太網及其它收發器連接器;就無線基站應用而言，基帶處理通常采用處理速度達 3.125"10 Gb/s、尺寸為 ATCA/AMC 的板，這就需要將 FPGA 和傳統 DSP 進行組合，并在無線電前端上采用高速 I/O(100"500 MHz、12"16 位分辨率);航空與國防市場傾向于采用 VME 和 cPCI 尺寸的板，但處理要求大不相同。舉例來說，雷達處理的采樣率類似于無線電應用，但通常分辨率更高。而軍事衛星基站應用通常使用更高的采樣率，但分辨率較低(8"14 位)。

　　顯然，單就我們所說的少數一些應用而言，處理和 I/O 要求就已經千差萬別了，因此我們可以想象，采用 FPGA 的各種不同應用會有多大不同的需求。盡管我們比較清楚地了解了這些應用的不同處理要求，且得到了成熟板行業提供的豐富的硬件解決方案的支持，但此前工程師們不得不花費大量寶貴的設計時間來創建定制硬件或處理復雜(經常也是不必要的)總線協議問題。

　　FMC 標準將 FPGA 與 I/O 引擎相分離，從而解決了上述問題。它使設計人員能從專門支持其終端應用的大量 COTS 產品中選擇適當尺寸的適當處理引擎和適當的 I/O 引擎。此外，FMC 標準還使廠商能為評估和開發創建統一的系統，隨后還能量產部署，從而大幅降低成本，并顯著縮短了產品上市時間。欲了解更多信息請登錄電子發燒友網(http://www.1cnz.cn )

　　總結

　　FMC 標準是 FPGA 開發人員設計開發選擇中的一大轉變。從事微處理器和傳統 DSP 設計工作的設計人員幾十年來一直受益于可擴展開發解決方案的靈活性優勢，而現在，FMC 標準則為 FPGA 領域的開發人員帶來了模塊化設計的強大實力。

　　COTS 板廠商通過重復使用硬件設計，可加速并簡化產品設計工作，進而大幅降低產品開銷。這種高效性不僅有助于我們為更多應用推出更好的產品，使客戶專注于實現其產品獨特的差異化，而且還能加速解決方案的市場部署。