Altera Flex 10k Familia de dispositivos lógicos programables integrados: un hito en la integración del sistema programable

I. Características del núcleo de la serie Flex 10K

Arquitectura sinérgica de matrices integradas y lógicas

Array incrustada (EAB): Compuesto por bloques de matriz integrados (EABS), cada EAB proporciona 2.048 bits de RAM dedicados, que respalda funciones de almacenamiento como RAM, ROM, RAM de doble puerto y FIFO. También puede implementar funciones lógicas complejas (por ejemplo, multiplicadores 4 × 4, módulos DSP). Un solo EAB puede contribuir con 100-600 puertas de lógica sin ocupar recursos lógicos de propósito general.

Matriz lógica: Compuesto de bloques de matriz lógica (laboratorios), cada laboratorio contiene 8 elementos lógicos (LES). Basado en una tabla de búsqueda de 4 entradas (LUT) y un flip-flop programable, LES admite lógica general, como contadores y sumadores. Las operaciones aritméticas de alta velocidad y la lógica de alto contenido en el fan en las cadenas de transporte dedicadas y las cadenas en cascada.

Alta densidad y escalabilidad

Los recuentos de compuertas típicos varían de 10,000 a 250,000 (con un recuento máximo de compuerta del sistema de 310,000), lo que respalda la integración de lógica de control simple a sistemas múltiples complejos.

La capacidad máxima de RAM alcanza los 40,960 bits (20 EABS), que se pueden configurar de manera flexible en varios anchos, como 256 × 8 y 512 × 4 para satisfacer las diferentes necesidades de almacenamiento en búfer de datos.

Compatibilidad y confiabilidad a nivel de sistema

Soporte múltiple: A través de la interfaz de E/S multivolt ™, admite sistemas de voltaje mixto 2.5V/3.3V/5V. Los pasadores de entrada tolerantes de 5.0 V aseguran la compatibilidad con los sistemas heredados.

Cumplimiento de PCI: Admite la revisión de especificaciones del bus local PCI 2.2. Algunos modelos (p. Ej., EPF10K10A) tienen diodos de sujeción de pull-up incorporados para cumplir con las especificaciones PCI de 3.3V.

JTAG Límite-Scan: Integra los circuitos JTAG estándar IEEE 1149.1, que admite la programación en el sistema (ISP) y las pruebas de escaneo límite sin ocupar recursos lógicos.

Bajo consumo de energía y configuración flexible

Corriente de espera tan baja como 0.5MA, adecuada para dispositivos con batería; Admite reconfiguración de circuito (ICR) con un tiempo de reconfiguración de menos de 320 ms para actualizaciones de funciones en tiempo real.

Admite las tecnologías Clocklock ™ y ClockBoost ™: logra la multiplicación deskew y de frecuencia de reloj a través de PLL, reduciendo el retraso del reloj y mejorando el rendimiento de la sincronización del sistema.

II. Arquitectura de la serie Flex 10K

La arquitectura de Flex 10kestá diseñado en torno a "modularidad" y "previsibilidad" para equilibrar la configuración de alto rendimiento y flexible:

Bloque de matriz integrado (EAB): portador central de funciones complejas
EAB es un módulo clave para almacenamiento de alta densidad y lógica dedicada, con las siguientes características:

Configuración flexible: Cuando se usa como RAM, admite múltiples anchos de 256 × 8 a 2048 × 1; Se pueden cascadear múltiples EABS para capacidades más grandes (por ejemplo, dos EABS 256 × 8 forman una configuración de 256 × 16). Cuando se usa como módulo lógico, implementa la lógica combinatoria a través de LUT, con mayor velocidad que LES de uso general.

Operación síncrona: Los registros de entrada/salida incorporados admiten lectura/escritura sincrónicas, simplificando el diseño de sincronización y evitando las restricciones de configuración/tiempo de retención de la RAM asincrónica.

Control independiente: Las señales de habilitación de reloj y lectura de lectura/escritura se pueden configurar de forma independiente, lo que respalda la interacción de datos entre diferentes dominios de reloj.

Bloque de matriz lógica (Lab) y elemento lógico (LE): Fundación de la lógica de uso general

Estructura de laboratorio: Cada laboratorio contiene 8 LES, interconexiones locales y señales de control, comunicándose con otros módulos a través de la interconexión FastTrack ™. El retraso de la interconexión local es predecible (aproximadamente 0.6ns).

LE Funciones: Cada LE incluye una LUT de 4 entradas, un flip-flop programable y cadenas de transporte/cascada:

• Cadena de transporte: Proporciona rutas de transporte rápidos SUB-0.2NS, implementando eficientemente admiradores y contadores.
• Cadena en cascada: Admite una lógica de entrada amplia (por ejemplo, decodificación de direcciones de 16 bits) con un retraso por etapa tan bajo como 0.7NS.
• Embalaje de registro: LUT y FLIP-FLOP se pueden usar de forma independiente para mejorar la utilización de recursos.

Interconexión de FastTrack: transmisión de señal predecible
Se utilizan canales de interconexión de fila/columna continuas en lugar de enrutamiento segmentado en FPGA para garantizar retrasos de señal predecibles:

Las interconexiones de la fila manejan la comunicación entre los laboratorios/EABS en la misma fila, mientras que la columna las interconexiones habilitan la transmisión de señal de fila cruzada.

Admite un reloj global dedicado/señales claras con sesgo inferior a 1.5NS, satisfaciendo las necesidades de los diseños sincrónicos de alta velocidad.

Elemento de E/S (IOE): interfaz externa flexible
Cada IOE contiene un búfer de E/S bidireccional y un flip-flop, que soporta:

Salida programable Control de tasa de matriz (para reducir el ruido o mejorar la velocidad).

Salida de drenaje abierto y emulación Tri-State, compatible con múltiples estándares de interfaz.

Registros de entrada/salida independientes con tiempo de configuración de entrada tan bajo como 1.6ns y retraso de reloj de salida a salida tan bajo como 5.3NS.

Iii.Modelos de la serie Flex 10K

La familia Flex 10KIncluye múltiples generaciones (por ejemplo, Flex 10k, Flex 10ka, Flex 10ke) con diferentes densidades y características. A continuación se muestran los modelos más notables:

1. Serie base Flex 10K

Características clave:

Bloques de matriz incrustados (EABS): Cada EAB proporciona 2,048 bits de RAM, configurables como SRAM, ROM, FIFO o Memoria de doble puerto10.

Interconexión de FastTrack: Canales de enrutamiento continuo para el tiempo predecible.

E/S múltiple: Admite entradas tolerantes a 5V (modelos Flex 10ka) para la compatibilidad con versiones anteriores.

Cumplimiento de JTAG: Escane de límite incorporado para pruebas a nivel de sistema.

2. Serie Flex 10ke (mejorada)

Los modelos Flex 10ke (por ejemplo, EPF10K30E, EPF10K50S) agregaron características avanzadas agregadas para aplicaciones de alto rendimiento:

Clocklock PLL: Reducido de reloj y multiplicación de frecuencia habilitada.

RAM de doble puerto: El ancho de banda de memoria mejorado para tareas intensivas en datos.

Calificaciones de velocidad: Varió de -1 (más rápido) a -3 (más lento), con opciones como -1x y -2x para casos de uso específicos.

Paquetes: Disponible en formatos QFP, BGA y PGA, con hasta 672 pines (por ejemplo, EPF10K200).

Legado y reemplazo

Mientrasla serie Flex 10Kes obsoleta, su arquitectura influyó en las familias más tarde altera/Intel comoCiclónyEstratix. Para aplicaciones modernas, los dispositivos equivalentes incluyen:

Ciclón IV/V: Menor potencia, mayor densidad y soporte para interfaces más nuevas (p. Ej., DDR3).

Stratix 10: Híbridos FPGA/SOC con memoria HBM y PCIE 4.0.

IV.Serie Flex 10KAplicaciones

Telecomunicaciones y equipos de red

Tarjetas de interfaz PCI: Aprovechando el cumplimiento de PCI y el soporte de múltiples voltajes para implementar interfaces de bus PCI de 66MHz de 64 bits, con EABS como búferes de datos y LES para el análisis de protocolos.

Enrutadores/interruptores: Las tablas de enrutamiento de la tienda EABS, LES implementan la lógica de reenvío de paquetes y la tecnología Clocklock reduce el sesgo de reloj para garantizar la transmisión de datos de alta velocidad.

Control industrial

Controladores de movimiento: Les implementan algoritmos PID, datos de trayectoria de movimiento de la tienda EABS y múltiples interfaces de sensores y actuadores de soporte de PIN de E/S.

Módulos PLC: Utilice la reconfiguración de circuito para actualizar la lógica de control en el sitio, adaptándose a diferentes escenarios industriales.

Electrónica de consumo

Cuadros establecidos: Los EABS sirven como buffers de video, LES implementan la lógica de decodificación de audio/video, y el bajo consumo de energía es adecuado para entornos domésticos.

Medidores inteligentes: La E/S múltiple de voltaje es compatible con chips de medición y módulos de visualización, y JTAG admite depuración y actualizaciones remotas.

Electrónica automotrizPuertas de enlace en el vehículo: Integrar las interfaces CAN/LIN Bus, los códigos de falla de la tienda EABS, la conversión de protocolo de implementación LES y los modelos de temperatura amplia cumplen con los requisitos de grado automotriz.

V. Conclusión

Con su innovadora arquitectura de "matriz integrada + matriz lógica",la familia Flex 10KPionero fue pionero en la integración en chip de la "lógica de uso general + funciones dedicadas", estableciendo las bases para el diseño SOPC. Su rendimiento de tiempo predecible, métodos de configuración flexibles y una amplia compatibilidad lo convierten en una opción ideal, desde prototipos de laboratorio hasta producción a gran escala. Incluso en la era actual del desarrollo rápido de tecnología FPGA, el concepto de "sistema integrado programable" pionero por Flex 10K continúa influyendo en la evolución de los dispositivos lógicos programables. Como un producto clásico de Altera, Flex 10k no es solo un dispositivo, sino un símbolo de la transformación de la lógica programable de "lógica auxiliar" al "núcleo del sistema". Su legado técnico continúa impulsando la innovación y los avances en el diseño de sistemas integrados.

Hoja de datos de la serie Flex 10K.pdf

Hoja de datos de la serie Flex 10K.pdf

Modelos de chip de serie Flex 10K

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 、 EPF10K30ATC144-1 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、 EPF10K50VRC240-1N 、EPF10K40RC208-4、EPF10K30AFC256-3、EPF10K100ARC240-2

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