Altera Flex 10k eingebettete Programmierlogik -Gerätefamilie für programmierbare Logik: Ein Meilenstein in der programmierbaren Systemintegration

I. Kernfunktionen der Flex 10k Serie

Synergistische Architektur eingebetteter und logischer Arrays

Eingebettete Array (EAB): Jede EAB besteht aus eingebetteten Arrayblöcken (EABs) und bietet 2.048 Bit dedizierter RAM, die Speicherfunktionen wie RAM, ROM, Dual-Port RAM und FIFO unterstützt. Es kann auch komplexe Logikfunktionen implementieren (z. B. 4 × 4 Multiplikatoren, DSP -Module). Ein einzelner EAB kann 100-600 Tore Logik beitragen, ohne allgemeine Logikressourcen zu besetzen.

Logikarray: In jedem Labor besteht jedes Labor aus logischen Arrayblöcken (Labors) und enthält 8 Logikelemente (LES). Basierend auf einer 4-Eingangs-Lookup-Tabelle (LUT) und programmierbarer Flip-Flop unterstützen LES die allgemeine Logik wie Zähler und Addlers. Hochgeschwindigkeitsarithmetische Operationen und hohe Fan-Logik werden durch dedizierte Tragketten und Kaskadenketten erreicht.

Hohe Dichte und Skalierbarkeit

Die typischen Gate-Zählungen reichen von 10.000 bis 250.000 (mit einer maximalen System-Gate-Anzahl von 310.000), was die Integration von einfacher Steuerlogik bis zu komplexen Multi-Bus-Systemen unterstützt.

Die maximale RAM -Kapazität erreicht 40.960 Bit (20 EAB), die in verschiedenen Breiten wie 256 × 8 und 512 × 4 flexibel konfiguriert werden können, um unterschiedliche Datenpufferanforderungen zu erfüllen.

Kompatibilität und Zuverlässigkeit auf Systemebene

Mehrspannungsunterstützung: Über die Multivolt ™ -I/A-Schnittstelle unterstützt sie 2,5 V/3,3 V/5 V gemischte Spannungssysteme. 5,0 V Tolerante Eingangsstifte gewährleisten die Kompatibilität mit Legacy -Systemen.

PCI -Konformität: Unterstützt die PCI Local Bus Specification Revision 2.2. Einige Modelle (z. B. EPF10K10A) verfügen über integrierte PCI-Pull-up-Klemmdioden, um 3,3-V-PCI-Spezifikationen zu erfüllen.

JTAG-Grenz-Scan: Integriert IEEE 1149.1 Standard-JTAG-Schaltkreise und unterstützt die In-System-Programmierung (ISP) und Grenz-Scan-Tests, ohne logische Ressourcen zu besetzen.

Niedriger Stromverbrauch und flexible Konfiguration

Standby-Strom von nur 0,5 mA, geeignet für batteriebetriebene Geräte; Unterstützt die Rekonfiguration (ICR) in der Erschimpfe mit einer Rekonfigurationszeit von weniger als 320 ms für Echtzeitfunktionsaktualisierungen.

Unterstützt ClockLock ™ und Clockboost ™ -Technologien: Erreicht Clock Deskew und Frequenzmultiplikation durch PLL, wodurch die Taktverzögerung und die Verbesserung der System -Timing -Leistung verbessert werden.

Ii. Architektur der Flex 10k Serie

Die Architektur von Flex 10kist auf "Modularität" und "Vorhersehbarkeit" entwickelt, um eine hohe Leistung und flexible Konfiguration auszugleichen:

Eingebetteter Array Block (EAB): Kernträger komplexer Funktionen
EAB ist ein Schlüsselmodul für den Speicher hoher Dichte und die dedizierte Logik mit den folgenden Funktionen:

Flexible Konfiguration: Wenn es als RAM verwendet wird, unterstützt es mehrere Breiten von 256 × 8 bis 2048 × 1; Mehrere EABs können für größere Kapazitäten kaskadiert werden (z. B. zwei 256 × 8 EAB bilden eine Konfiguration von 256 × 16). Wenn es als Logikmodul verwendet wird, implementiert es kombinatorische Logik durch LUTs mit höherer Geschwindigkeit als allgemeiner Les.

Synchroner Betrieb: Integrierte Eingangs-/Ausgangsregister unterstützen synchrones Lese-/Schreiben, vereinfachen das Timing-Design und das Vermeiden von Setup/Hold-Zeitbeschränkungen von asynchronem RAM.

Unabhängige Kontrolle: Clock- und Lese-/Schreiben -Aktivierungssignale können unabhängig voneinander konfiguriert werden, wodurch die Dateninteraktion zwischen verschiedenen Taktdomänen unterstützt werden kann.

Logic Array Block (LAB) und Logic Element (LE): Grundlage der allgemeinen Logik

Laborstruktur: Jedes Labor enthält 8 LES, lokale Verbindungen und Kontrollsignale, die mit anderen Modulen über FastTrack ™ Interconnect kommunizieren. Die lokale Verbindungsverzögerung ist vorhersehbar (ungefähr 0,6 Ns).

Le Funktionen: Jedes LE enthält eine LUT mit 4 Eingängen, einen programmierbaren Flip-Flop und Carry/Cascade-Ketten:

• Tragenkette: Bietet Sub-0,2Ns Fast Carry-Pfade und implementieren effizient Addierer und Zähler.
• Kaskadenkette: Unterstützt Logik mit breiter Eingabe (z. B. 16-Bit-Adressdecodierung) mit einer Verzögerung von pro Stufe von nur 0,7 ns.
• Verpackung registrieren: LUT und Flip-Flop können unabhängig voneinander verwendet werden, um die Ressourcenauslastung zu verbessern.

Fasttrack -Interconnect: Vorhersehbare Signalübertragung
Kontinuierliche Zeilen-/Spalten -Interconnect -Kanäle werden anstelle von segmentiertem Routing in FPGAs verwendet, um vorhersehbare Signalverzögerungen sicherzustellen:

Zeilenverbindungen verarbeiten die Kommunikation zwischen Labors/EABs in derselben Zeile, während die Spaltenverbindungen die Kreuzreihe-Signalübertragung ermöglichen.

Unterstützt dedizierte globale Uhr/klare Signale mit schief weniger als 1,5 Ns und erfüllt die Bedürfnisse von Hochgeschwindigkeits-Synchrondesigns.

E/O -Element (IOE): Flexible externe Schnittstelle
Jedes IOE enthält einen bidirektionalen E/A-Puffer und einen Flip-Flop, der unterstützt wird:

Programmierbare Ausgangsausgangsregelung (um das Rauschen zu verringern oder die Geschwindigkeit zu verbessern).

Open-Drain-Ausgabe und Tri-State-Emulation, kompatibel mit mehreren Grenzflächenstandards.

Unabhängige Eingangs-/Ausgangsregister mit Eingangsaufbauzeit von nur 1,6 Ns und Ausgangsakt-zu-Output-Verzögerung von nur 5,3 Ns.

III.Modelle der Flex 10K -Serie

Die Flex 10k -FamilieEnthält mehrere Generationen (z. B. Flex 10K, Flex 10ka, Flex 10Ke) mit unterschiedlichen Dichten und Funktionen. Im Folgenden finden Sie die bemerkenswertesten Modelle:

1. Flex 10k Basiserie

Schlüsselmerkmale:

Eingebettete Arrayblöcke (EAB): Jedes EAB bietet 2.048 RAM, konfigurierbar als SRAM-, ROM-, FIFO- oder Dual-Port-Speicher10.

FastTrack Interconnect: Kontinuierliche Routingkanäle für vorhersehbares Timing.

Multivolt i/o: Unterstützt 5-V-tolerante Eingänge (Flex 10-ka-Modelle) für die Rückwärtskompatibilität.

JTAG Compliance: Eingebauter Grenz-Scan für Tests auf Systemebene.

2. Flex 10Ke -Serie (erweitert)

Die Flex 10Ke-Modelle (z. B. EPF10K30E, EPF10K50S) haben erweiterte Funktionen für Hochleistungsanwendungen hinzugefügt:

Clocklock pll: Reduzierter Taktversatz und aktivierter Frequenzmultiplikation.

Dual-Port-Ram: Verbesserte Speicherbandbreite für datenintensive Aufgaben.

Geschwindigkeitsnoten: Kabine von -1 (am schnellsten) bis -3 (langsamer), mit Optionen wie -1x und -2x für bestimmte Anwendungsfälle.

Pakete: Erhältlich in QFP-, BGA- und PGA -Formaten mit bis zu 672 Pins (z. B. EPF10K200S).

Vermächtnis und Ersatz

WährendDie Flex 10k -Serieist veraltet, seine Architektur hat später Altera/Intel -Familien beeinflusst wieZyklonUndStratix. Für moderne Anwendungen umfassen äquivalente Geräte:

Zyklon IV/V.: Niedrigere Leistung, höhere Dichte und Unterstützung für neuere Schnittstellen (z. B. DDR3).

Stratix 10: FPGA/SOC -Hybriden mit HBM -Speicher und PCIe 4.0.

Iv.Flex 10k SerieAnwendungen

Telekommunikations- und Netzwerkgeräte

PCI -Schnittstellenkarten: Nutzung der PCI-Konformität und Multispannungsunterstützung zur Implementierung von 66-MHz-PCI-Busoberflächen mit 66-MHz, mit EABs als Datenpuffer und LES für die Protokollanalyse.

Router/Schalter: EABS Store-Routing-Tabellen, LES implementieren die Paketweiterleitung und die ClockLock-Technologie reduziert die Taktscheibe, um die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung zu gewährleisten.

Industrielle Kontrolle

Bewegungscontroller: LES Implementieren Sie PID -Algorithmen, EABS -Speicher -Bewegungs -Trajektoriendaten und mehrere E/A -PINs unterstützen Sensor- und Aktuator -Schnittstellen.

SPS -Module: Verwenden Sie die Rekonfiguration in der Erstellung, um die Kontrolllogik vor Ort zu aktualisieren, wobei Sie sich an verschiedene industrielle Szenarien anpassen.

Unterhaltungselektronik

Set-Top-Boxen: EABs dient als Videopuffer, LES implementieren Audio-/Video -Dekodierungslogik, und niedriger Stromverbrauch eignet sich für Heimumgebungen.

Smart Meter: Mehrspannungs-E/A ist mit Messchips und Displaymodulen kompatibel, und JTAG unterstützt das Remote-Debuggen und Upgrades.

Kfz -ElektronikInfahrzeug-Tor: Integrate CAN/Lin-Bus-Schnittstellen, EABS Store-Fehlercodes, LES-Implementierungsprotokollumwandlungen und breite Temperaturmodelle erfüllen die Anforderungen an die Automobilqualität.

V. Schlussfolgerung

Mit seiner innovativen "eingebetteten Array + Logic Array" -Architecture,Die Flex 10k -FamilieDie On-Chip-Integration von "Allzweck-Logik + dedizierte Funktionen" und legte die Grundlage für das SOPC-Design. Die vorhersehbare Timing-Leistung, flexible Konfigurationsmethoden und die breite Kompatibilität machen es zu einer idealen Wahl, von Laborprototypen bis hin zu großflächiger Produktion. Selbst in der heutigen Ära der raschen FPGA -Technologieentwicklung beeinflusst das von Flex 10k gepionierte Konzept des "programmierbaren eingebetteten Systems" weiterhin die Entwicklung programmierbarer Logikgeräte. Als klassisches Produkt von Altera ist Flex 10k nicht nur ein Gerät, sondern ein Symbol für die Transformation der programmierbaren Logik von "Auxiliary Logic" zu "System Core". Das technische Erbe fördert weiterhin Innovationen und Durchbrüche in eingebettetem Systemdesign.

Flex 10k Series Datasheet.pdf

Flex 10k Series Datasheet.pdf

Flex 10K -Serien -Chipmodelle

EPF10K100ARI240-3N、EPF10K50BC356-4、EPF10K50VQI240-2n、EPF10K30ATC144-3N、EPF10K50VQC240-3

EPF10K30BC356-3 、 EPF10K30ABC356-2 、 EPF10K10ATC144-2N 、 EPF10K50VBC356-1 、 EPF10K50VBI356-4 EPF10K10QC208-4 、 EPF10K30AQI240-3 、 EPF10K100AFC484-2 、 EPF10K50RC240-4N 、 EPF10K50VRI240-3N EPF10K50RC240-3 、 EPF10K30RI208-4 、 EPF10K20RI208-4N 、 EPF10K30AQC208-1N 、 EPF10K10AQC208-2 EPF10K40RC240-4 、 EPF10K10ATI144-3N 、 EPF10K100ABC356-2 、 EPF10K30ATC144-2 、 EPF10K10ATC144-1 EPF10K50VRC240-2N 、 EPF10K20RC240-4 、 EPF10K70RC240-2N 、 EPF10K10LC84-4N 、 EPF10K70RC240-4 EPF10K10ATC100-2 、 EPF10K10TC144-3 、 EPF10K100ABI356-3N 、 EPF10K10TI144-4N 、 EPF10K50VBC356-4N EPF10K10ATC100-3N 、 EPF10K30RC240-4N 、 EPF10K70RC240-3N 、 EPF10K100ABC356-1N 、 EPF10K100ARI240-3 EPF10K20TC144-4N 、 EPF10K100ABI356-3 、 EPF10K50VQC240-1N 、 EPF10K50VBI356-3N 、 EPF10K30AQC240-3 EPF10K30RC240-3N 、 EPF10K30AFC256-2 、 EPF10K30AQC208-1 、 EPF10K50BC356-3 、 EPF10K50VQC240-2N EPF10K50VRC240-3N 、 EPF10K20RC240-3N 、 EPF10K30ATC144-1N 、 EPF10K40RC240-3 、 EPF10K30RC208-3N EPF10K10QI208-4N 、 EPF10K50VBC356-2N 、 EPF10K50VRI240-4N 、 EPF10K10ATI144-3 、 EPF10K100ABI356-2N EPF10K10AQC208-3N 、 EPF10K50VBC356-4 、 EPF10K10ATC100-3 、 EPF10K20RC240-3 、 EPF10K30ATC144 EPF10K10AQC208-1 、 EPF10K50VQC240-2 、 EPF10K100ABC356-3 、 EPF10K50RC240-4 、 EPF10K50RI240-4N EPF10K10QI208-4 、 EPF10K30RC208-3 、 EPF10K100ABC600-1 、 EPF10K50VRC240-1 、 EPF10K30AQC208-2N EPF10K10ATC144-2 、 EPF10K100AFC484-2N 、 EPF10K50VRC240-2 、 EPF10K20RC208-4N 、 EPF10K50VBI356-3 EPF10K20RC208-4 、 EPF10K10AQC208-3 、 EPF10K100ARC240-1N 、 EPF10K30AQI240-3N 、 EPF10K30RC240-4 EPF10K40RC208-3 、 EPF10K50RC240-3N 、 EPF10K10TI144-4 、 EPF10K30AQC208-3N 、 EPF10K30AQI208-3 EPF10K50VBI356-4N 、 EPF10K30AQC208-2 、 EPF10K100ARC240-3N 、 EPF10K70RC240-4N 、 EPF10K40RC240-4N EPF10K30AQC240-2N 、 EPF10V10VRC20VRC240-1N 、.EPF10K40RC208-4、EPF10K30AFC256-3、 EPF10K100ARC240-2

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