1.1.Cyclone IV FPGA 器件系统概述.pdf

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1. Cyclone IV FPGA 器件系列概述

Cyclone IV器件系列特性

器件资源

封装矩阵

Cyclone IV器件系列的速度等级

Cyclone IV器件系列体系结构

FPGA核心架构

I/O特性

时钟管理

外部存储器接口

配置

高速收发器(仅适用于Cyclone IV GX器件)

PCI Express的硬核IP(仅适用于Cyclone IV GX器件)

参考和订购信息

文档修订历史

1. Cyclone IV FPGA 器件系列概述 November 2011 CYIV-51001-1.5 CYIV-51001-1.5 Altera 新的 Cyclone® IV 系列 FPGA 器件巩固了 Cyclone 系列在低成本、低功耗 FPGA 市场的领导地位，并且目前提供集成收发器功能的型号。Cyclone IV 器件旨在用于大批量，成本敏感的应用，使系统设计师在降低成本的同时又能够满足不断增长的带宽要求。 Cyclone IV 器件系列是建立在一个优化的低功耗工艺基础之上，并提供以下两种型号： ■ Cyclone IV E— 最低的功耗，通过最低的成本实现较高的功能性 ■ Cyclone IV GX— 最低的功耗，集成了 3.125 Gbps 收发器的最低成本的 FPGA 1 Cyclone IV E 器件可以在 1.0 V 和 1.2 V 核电压下使用。 f 欲了解详细信息，请参考 Power Requirements for Cyclone IV Devices章节。 Cyclone IV 器件集成了一个可选择的低成本收发器，在未影响性能的情况下，节省了功耗及成本。针对无线、有线、广播、工业，用户以及通信等行业中的低成本的小型应用，Cyclone IV 器件无疑是最理想的选择。 Cyclone IV 器件系列特性 Cyclone IV 器件系列具有以下特性： ■ 低成本、低功耗的 FPGA 架构： ■ 6 K 到 150 K 的逻辑单元 ■ 高达 6.3 Mb 的嵌入式存储器 ■ 高达 360 个 18 × 18 乘法器，实现 DSP 处理密集型应用 ■ 协议桥接应用，实现小于 1.5 W 的总功耗 © 2011 Altera Corporation. All rights reserved. ALTERA, ARRIA, CYCLONE, HARDCOPY, MAX, MEGACORE, NIOS, QUARTUS and STRATIX words and logos are trademarks of Altera Corporation and registered in the U.S. Patent and Trademark Office and in other countries. All other words and logos identified as trademarks or service marks are the property of their respective holders as described at www.altera.com/common/legal.html. Altera warrants performance of its semiconductor products to current specifications in accordance with Altera's standard warranty, but reserves the right to make changes to any products and services at any time without notice. Altera assumes no responsibility or liability arising out of the application or use of any information, product, or service described herein except as expressly agreed to in writing by Altera. Altera customers are advised to obtain the latest version of device specifications before relying on any published information and before placing orders for products or services. ISO 9001:2008 Registered Cyclone IV 器件手册，卷 1 2011 年 11 月 Subscribe

1–2 第 1 章 :Cyclone IV FPGA 器件系列概述 Cyclone IV 器件系列特性 ■ Cyclone IV GX 器件提供高达八个高速收发器以支持： ■ 高达 3.125 Gbps 的数据速率 ■ ■ 8B/10B 编码器 / 解码器 8-bit 或者 10-bit 位物理介质附加子层 (PMA) 到物理编码子层 (PCS) 接口 ■ 字节串化器 / 解串器 (SERDES) ■ 字对齐器 ■ 速率匹配 FIFO ■ 公共无线电接口 (CPRI) 的 TX 位滑块 ■ 电路空闲 ■ 动态通道重配置以实现数据速率及协议的即时修改 ■ 静态均衡及预加重以实现最佳的信号完整性 ■ 每通道 150 mW 的功耗 ■ 灵活的时钟结构以支持单一收发器模块中的多种协议 ■ Cyclone IV GX 器件对 PCI Express (PIPE)(PCIe)Gen 1 提供了专用的硬核 IP： ■ ×1,×2, 和 ×4 通道配置 ■ 终点和根端口配置 ■ 高达 256-byte 的有效负载 ■ 一个虚拟通道 ■ ■ 2 KB 重试缓存 4 KB 接收 (Rx) 缓存 ■ Cyclone IV GX 器件提供多种协议支持： ■ PCIe (PIPE) Gen 1×1,×2, 和 ×4 (2.5 Gbps) ■ 千兆以太网 (1.25 Gbps) ■ ■ CPRI ( 高达 3.072 Gbps) XAUI (3.125 Gbps) ■ 三倍速率串行数字接口 (SDI）( 高达 2.97 Gbps) ■ 串行 RapidIO(3.125 Gbps) ■ ■ ■ Basic 模式 ( 高达 3.125 Gbps) V-by-One( 高达 3.0 Gbps) DisplayPort(2.7 Gbps) ■ 串行高级技术附件 (Serial Advanced Technology Attachment (SATA))( 高达 3.0 Gbps) ■ OBSAI( 高达 3.072 Gbps) Cyclone IV 器件手册，卷 1 Altera 公司 2011 年 11 月

第 1 章 :Cyclone IV FPGA 器件系列概述器件资源 1–3 ■ 高达 532 个用户 I/O ■ 高达 840 Mbps 发送器 (Tx), 875 Mbps Rx 的 LVDS 接口 ■ 支持高达 200 MHz 的 DDR2 SDRAM 接口 ■ 支持高达 167 MHz 的 QDRII SRAM 和 DDR SDRAM ■ 每器件中高达 8 个锁相环 (PLLs) ■ 支持商业与工业温度等级器件资源表 1-1 列出了 Cyclone IV E 器件资源。表 1-1. Cyclone IV E 器件系列资源资源 6 E C 4 P E 0 1 E C 4 P E 5 1 E C 4 P E 2 2 E C 4 P E 0 3 E C 4 P E 0 4 E C 4 P E 5 5 E C 4 P E 5 7 E C 4 P E 5 1 1 E C 4 P E 逻辑单元 (LE) 6,272 10,320 15,408 22,320 28,848 39,600 55,856 75,408 114,480 嵌入式存储器 (Kbits) 270 414 504 594 594 1,134 2,340 2,745 3,888 嵌入式 18 × 18 乘法器通用 PLL 全局时钟网络用户 I/O 块最大用户 I/O (注释 1) 表 1-1 注释： 15 2 10 8 23 2 10 8 56 4 20 8 66 4 20 8 66 4 20 8 116 154 200 4 20 8 4 20 8 4 20 8 179 179 343 153 532 532 374 426 266 4 20 8 528 (1) 管脚列表文件中的用户 I/O 管脚包括所有的通用 I/O 管脚、专用时钟管脚以及两用配置管脚。收发器管脚和专用配置管脚不包括在这一管脚列表中。 Altera 公司 2011 年 11 月　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Cyclone IV 器件手册，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　卷 1

1–4 第 1 章 :Cyclone IV FPGA 器件系列概述器件资源表 1-2 列出了 Cyclone IV GX 器件资源表 1-2. Cyclone IV GX 器件系列的资源 5 1 X G C 4 P E 2 2 X G C 4 P E 0 3 X G C 4 P E ) 1 释注 ( 0 3 X G C 4 P E ) 2 释注 ( 0 5 X G C 4 P E ) 3 释注 ( 5 7 X G C 4 P E ) 3 释注 ( 0 1 1 X G C 4 P E ) 3 释注 ( 0 5 1 X G C 4 P E ) 3 释注 ( 14,400 21,280 29,440 29,440 49,888 73,920 109,424 149,760 540 0 1 2 756 40 2 2 1,080 1,080 2,502 4,158 5,490 6,480 80 2 2 80 4 140 4 198 4 280 4 360 4 (注释 4) (注释 4) (注释 4) (注释 4) (注释 4) 2 4 4 4 4 (注释 5) (注释 5) (注释 5) (注释 5) (注释 5) (注释 5) (注释 5) (注释 5) 20 2 2.5 1 9 20 4 20 4 30 4 30 8 30 8 30 8 30 8 2.5 2.5 3.125 3.125 3.125 3.125 3.125 1 9 1 9 1 11 1 11 1 11 1 11 1 11 (注释 7) (注释 7) (注释 7) (注释 8) (注释 8) (注释 8) (注释 8) (注释 8) 72 150 150 290 310 310 475 475 资源逻辑单元 (LE) 嵌入式存储器 (Kbit) 嵌入式 18 × 18 乘法器通用 PLL 多用 PLL 全局时钟网络高速收发器 (注释 6) 收发器最大数据速率 (Gbps) PCIe(PIPE) 硬核 IP 模块用户 I/O 块最大用户 I/O (注释 9) 表 1-2 注释： (1) 应用于 F169 和 F324 封装。 (2) 应用于 F484 封装。 (3) 仅有两个多用途 PLL 可应用于 F484 封装。 (4) 其中两个通用 PLL 可以支持收发器时钟。欲了解详细信息，请参阅 Clock Networks and PLLs in Cyclone IV Devices 章节。 (5) 当多用 PLL 未用于同步收发器时，可将它们用于通用时钟。有关详细信息，请参阅 Clock Networks and PLLs in Cyclone IV Devices章节。 (6) 如果 PCIe ×1, 您可以将该象限中其它收发器用于相同或者不同的数据速率下的其他协议。 (7) 包括用于 HSSI 参考时钟输入的一个配置 I/O 块和两个专用的时钟输入 I/O 块。 (8) 包括用于 HSSI 参考时钟输入的一个配置 I/O 块和四个专用的时钟输入 I/O 块。 (9) 管脚列表文件中的用户 I/O 管脚包括所有的通用 I/O 管脚、专用时钟管脚以及两用配置管脚。收发器管脚和专用配置管脚不包括在这一管脚列表中。 Cyclone IV 器件手册，卷 1 Altera 公司 2011 年 11 月

A l t e r a 公司 2 0 1 1 年 1 1 月 C y c l o n e I V 器件手册，卷 1 　封装矩阵表 1-3 列出了 Cyclone IV E 器件封装产品。封装矩阵 ? 1 ? : C y c l o n e 表 1-3. Cyclone IV E 器件系列的封装产品 (注释 1) 封装 E144 尺寸 ( 毫米 ) 22 × 22 间距 ( 毫米 ) 0.5 M164 8 × 8 0.5 U256 F256 U484 F484 F780 14 × 14 17 × 17 19 × 19 23 × 23 29 × 29 0.8 1.0 0.8 1.0 1.0 ) 2 释注 ( S D V L 21 21 18 17 — — — — — ) 2 释注 ( S D V L — — 21 — — — — — — O / I 户用 179 179 165 153 — — — — — ) 2 释注 ( S D V L 66 66 53 52 — — — — — O / I 户用 179 179 165 153 — — — — — ) 2 释注 ( S D V L 66 66 53 52 — — — — — ) 2 释注 ( S D V L — — — — — 124 132 110 — ) 2 释注 ( S D V L — — 137 — 124 124 132 110 103 O / I 户用 — — 343 — 328 328 324 292 280 ) 2 释注 ( S D V L — — — — 224 224 160 178 230 O / I 户用 — — — — 532 532 374 426 528 O / I 户用 — — — — — 328 324 292 — O / I 户用 — — 89 — — — — — — O / I 户用 91 91 81 79 — — — — — 器件 EP4CE6 EP4CE10 EP4CE15 EP4CE22 EP4CE30 EP4CE40 EP4CE55 EP4CE75 EP4CE115 表 1-3 注释： (1) E144 封装在底部有一个裸露衬底，这个裸露衬底是接地的，它必须接到 PCB 的地平面上。将该裸露衬底用于电路连接，而不要用于温度处理用途。 (2) 即包括专用 LVDS 对，也包括伪 LVDS 对。有关详细信息，请参阅 I/O Features in Cyclone IV Devices章节。 I V F P G A 器件系列概述 1 – 5

卷 1 l C y c o n e I V 器件手册，表 1-4 列出了 Cyclone IV GX 器件封装产品，包括 I/O 和收发器数量表 1-4. Cyclone IV GX 器件系列的封装产品封装 N148 F169 F324 F484 F672 F896 11 × 11 14 × 14 19 × 19 23 × 23 27 × 27 31 × 31 尺寸 ( 毫米 ) 间距 ( 毫米 ) 器件 0.5 ) 1 释注 ( S D V L O / I 户用 EP4CGX15 72 25 EP4CGX22 — — EP4CGX30 — — EP4CGX50 — — EP4CGX75 — — EP4CGX110 EP4CGX150 — — — — 表 1-4 注释： 1.0 ) 1 释注 ( S D V L 25 25 25 O / I 户用 72 72 72 — — — — — — — — s R V C X 2 2 2 — — — — 1.0 ) 1 释注 ( S D V L — 64 64 O / I 户用 — 150 150 — — — — — — — — s R V C X — 4 4 — — — — 1.0 ) 1 释注 ( S D V L — — 130 130 130 120 120 O / I 户用 — — 290 290 290 270 270 s R V C X — — 4 4 4 4 4 1.0 ) 1 释注 ( S D V L — — — 140 140 181 181 O / I 户用 — — — 310 310 393 393 s R V C X — — — 8 8 8 8 1.0 ) 1 释注 ( S D V L — — — — — 220 220 O / I 户用 — — — — — 475 475 s R V C X — — — — — 8 8 s R V C X 2 — — — — — — (1) 即包括专用 LVDS 对，也包括伪 LVDS 对。有关详细信息，请参阅 I/O Features in Cyclone IV Devices章节。 N o v e m b e r 2 0 1 1 A l t e r a C o r p o r a t i o n 封装矩阵 1 – 6 ? 1 ? : C y c l o n e I V F P G A 器件系列概述

第 1 章 :Cyclone IV FPGA 器件系列概述 Cyclone IV 器件系列的速度等级 1–7 Cyclone IV 器件系列的速度等级表 1-5 列出了 Cyclone IV GX 器件的速率等级。表 1-5. Cyclone IV GX 器件系列的速度等级器件 N148 F169 EP4CGX15 C7, C8, I7 C6, C7, C8, I7 F324 — F484 F672 F896 EP4CGX22 EP4CGX30 EP4CGX50 EP4CGX75 EP4CGX110 EP4CGX150 — — — — — — C6, C7, C8, C6, C7, C8, I7 I7 C6, C7, C8, C6, C7, C8, C6, C7, C8, — — I7 — — — I7 — — — — I7 — — — — C6, C7, C8, C6, C7, C8, I7 I7 C6, C7, C8, C6, C7, C8, I7 I7 C7, C8, I7 C7, C8, I7 C7, C8, I7 C7, C8, I7 C7, C8, I7 C7, C8, I7 — — — — — 表 1-6 列出了 Cyclone IV E 器件的速率等级。表 1-6. Cyclone IV E 器件系列的速度等级 (注释 1),(注释 2) 器件 E144 M164 U256 F256 U484 F484 F780 EP4CE6 EP4CE10 EP4CE15 EP4CE22 C8L, C9L, I8L C6, C7, C8, I7, A7 C8L, C9L, I8L C6, C7, C8, I7, A7 C8L, C9L, I8L C6, C7, C8, I7 C8L, C9L, I8L C6, C7, C8, I7, A7 EP4CE30 — EP4CE40 — — — I7N I7N I7N I7N — — — I7N — — C8L, C9L, I8L C6, C7, C8, I7, A7 C8L, C9L, I8L C6, C7, C8, I7, A7 C8L, C9L, I8L C6, C7, C8, I7, A7 C8L, C9L, I8L C6, C7, C8, I7, A7 — — — — — — — I7N — — C8L, C9L, I8L C6, C7, C8, I7, A7 — — — — — C8L, C9L, C8L, C9L, I8L I8L C6, C7, C8, C6, C7, C8, I7, A7 I7 C8L, C9L, C8L, C9L, I8L I8L C6, C7, C8, C6, C7, C8, I7, A7 I7 Altera 公司 2011 年 11 月　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Cyclone IV 器件手册，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　卷 1

1–8 第 1 章 :Cyclone IV FPGA 器件系列概述 Cyclone IV 器件系列体系结构表 1-6. Cyclone IV E 器件系列的速度等级 (注释 1),(注释 2) 器件 E144 M164 U256 F256 U484 F484 F780 EP4CE55 — — — EP4CE75 EP4CE115 表 1-6 注释： — — — — — — — — — (1) C8L、C9L 和 I8L 速度等级适用于 1.0 V 的核电压。 (2) C6、C7、 C8、 I7 和 A7 速度等级适用于 1.2 V 的核电压。 Cyclone IV 器件系列体系结构 I7N I7N C8L, C9L, C8L, C9L, I8L I8L C6, C7, C8, C6, C7, C8, I7 I7 C8L, C9L, C8L, C9L, I8L I8L C6, C7, C8, C6, C7, C8, I7 I7 C8L, C9L, C8L, C9L, — I8L I8L C7, C8, I7 C7, C8, I7 这一部分介绍了 Cyclone IV 器件的体系结构，其中包括以下几方面内容： ■ FPGA 核心架构 ■ I/O 特性 ■ 时钟管理 ■ 外部存储器接口 ■ 配置 ■ 高速收发器 ( 仅适用于 Cyclone IV GX 器件 ) ■ PCI Express 的硬核 IP( 仅适用于 Cyclone IV GX 器件 ) FPGA 核心架构 Cyclone IV 器件采用了与成功的 Cyclone 系列器件相同的核心架构。这一架构包括由四输入查找表 (LUTs) 构成的 LE, 存储器模块以及乘法器。每一个 Cyclone IV 器件的 M9K 存储器模块都具有 9 Kbit 的嵌入式 SRAM 存储器。您可以把 M9K 模块配置成单端口、简单双端口、真双端口 RAM 以及 FIFO 缓冲器或者 ROM，通过配置也可以实现表 1-7 中的数据宽度。表 1-7. Cyclone IV 器件系列的 M9K 模块数据宽度模式数据宽度配置单端口或简单双端口真双端口 ×1, ×2, ×4, ×8/9, ×16/18, 和 ×32/36 ×1, ×2, ×4, ×8/9, 和 ×16/18 Cyclone IV 器件手册，卷 1 Altera 公司 2011 年 11 月

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