سلسلة Xilinx Virtex-4 LX Series FPGA - XC4VLX40 / XC4VLX100 / XC4VLX200 نظرة عامة تقنية

صُممت عائلة Xilinx Virtex-4 LX للتطبيقات عالية الأداء ذات الأداء المنطقي المكثف التي تتطلب كثافة منطقية كبيرة وموارد إدخال/إخراج وفيرة وسلوك توقيت محدد. أجهزة مثل XC4VLX40, XC4VLLX100, و XC4VLX200 لا تزال منتشرة على نطاق واسع في البنية التحتية للاتصالات، والأتمتة الصناعية، وأنظمة الدفاع، والمنصات المدمجة عالية الموثوقية.

تجمع هذه الأجهزة بين تقنية معالجة CMOS المتطورة التي يبلغ حجمها 90 نانومتر مع بنية النسيج المنطقي المحسّنة، مما يتيح إنتاجية عالية للنظام مع الحفاظ على التشغيل المستقر عبر نطاقات درجات الحرارة الممتدة.

يتوفر لدى LXB Semicon حاليًا مخزون من طرازات Xilinx Virtex-4 LX FPGA التالية:

xc4vlx200-10ffg1513i
xc4vlx200-11ffg1513i
XC4VLX200-10FFG1513C
XC4VLX200-11FFG1513C

xc4vlx40-10ffg668i
xc4vlx40-11ffg668i
xc4vlx40-10ffg668c
xc4vlx40-11ffg668c

xc4vlx100-10ffg1148i
xc4vlx100-11ffg1148i
xc4vlx100-10ffg1148c
xc4vlx100-11ffg1148c

كل هذه الأجزاء هي أجهزة Xilinx الأصلية وهي متوفر فعلياً في مخزون LXB Semicon, جاهزة للشحن السريع. يتيح لنا ذلك دعم جداول الإنتاج العاجلة وتقليل المهل الزمنية للعملاء.

موارد الهندسة المعمارية والمنطق

Virtex-4 LX تطبِّق الأجهزة بنية منطقية قابلة للتطوير استنادًا إلى كتل منطقية قابلة للتكوين (CLBs) تتألف من

• خلايا منطقية ذات 4 مدخلات قائمة على LUT

• سلاسل حمل عالية الأداء لتسريع العمليات الحسابية

• ذاكرة الوصول العشوائي الموزعة وذاكرة الوصول العشوائي الموزعة وقوائم LUTs ذات سجلات التحول (SRLs)

• بلاطات إدارة الساعة المخصصة (DCMs)

مقارنة الكثافة المنطقية

يسمح نطاق الكثافة هذا للمصممين بالتوسع من التصاميم التي تركز على التحكم إلى أنظمة المعالجة المدمجة متعددة النواة دون تغيير بنية FPGA.

درجات السرعة والأداء الزمني

تشمل الأجهزة المدرجة ما يلي -10 و -11 درجات السرعة, يمثلان مستويين من الأداء:

• -11 درجة السرعة
  مُحسَّن للحصول على ترددات ساعة قصوى أعلى وهوامش توقيت أضيق. ملائمة لمعالجة البيانات في الوقت الحقيقي، والواجهات عالية السرعة، والمسارات المنطقية الحساسة لزمن الاستجابة.

• -10 درجة السرعة
  أداء متوازن مع كفاءة طاقة محسنة وقيود توقيت مخففة. غالباً ما يتم اختيارها للتصميمات الصناعية والبنية التحتية المحسّنة من حيث التكلفة.

يقوم المصممون عادةً باختيار درجة السرعة بناءً على متطلبات إغلاق المسار الحرج وقيود ميزانية الطاقة.

خيارات الحزمة وإمكانية الإدخال/الإخراج

توفر حزم FFG (رقاقة BGA ذات الرقاقة القلابة الدقيقة) دعمًا عاليًا لعدد المسامير وخصائص قوية لسلامة الإشارة.

الحزم المدعومة في هذه السلسلة

تسمح سعة الإدخال/الإخراج الكبيرة بدعم

• LVTTL / LVCMOS

• إشارات LVDS التفاضلية

• واجهات ذاكرة عالية السرعة

• ناقلات البيانات المتوازية متعددة القنوات المتوازية

هذه المرونة تجعل Virtex-4 LX مناسبًا للمنصات الغنية بالواجهات مثل بطاقات خطوط الاتصالات ووحدات التحكم الصناعية.

درجات الحرارة: التجارية مقابل الصناعية

تشمل النماذج المدرجة كلاً من ج (تجاري) و ط (صناعي) درجات الحرارة:

• تجاري (درجة مئوية): من 0 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية
  مناسبة لمراكز البيانات ومعدات المختبرات والبيئات الداخلية الخاضعة للتحكم.

• صناعي (I): -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية
  مصممة للمعدات الخارجية، وأتمتة المصانع، وأنظمة النقل، والمنصات المدمجة القوية.

عادةً ما يتم تحديد الأجزاء من الدرجة الصناعية في الأنظمة ذات المهام الحرجة التي تتطلب تشغيلًا مستقرًا طويل الأجل في ظل ظروف بيئية قاسية.

الذاكرة والميزات المضمنة

تتكامل أجهزة Virtex-4 LX:

• ذاكرة الوصول العشوائي الموزعة داخل الكتل المنطقية

• كتلة RAM (BRAM) للتخزين المؤقت وتنفيذ FIFO

• شبكات ساعة عالية الأداء على مدار الساعة

• مديرات الساعة الرقمية المتعددة (DCMs)

تمكّن هذه الموارد المصممين من تنفيذ:

• التخزين المؤقت في الوقت الحقيقي

• معالجة حزم البروتوكول

• آلات الحالة المدمجة

• خطوط أنابيب الحصول على البيانات عالية السرعة

سيناريوهات التطبيق النموذجية

يتم نشر عائلة XC4VLX40 / XC4VLX100 / XC4VLX200 بشكل شائع في:

معدات الاتصالات السلكية واللاسلكية

• معالجة النطاق الأساسي

• تصنيف الحزمة

• منطق تبديل اللوحة الخلفية

الأتمتة الصناعية

• أنظمة التحكم في الحركة

• توسيع منطق PLC المنطقي

• بوابات إيثرنت الصناعية

الدفاع والفضاء الجوي

• المعالجة المسبقة لإشارة الرادار

• منصات اتصال آمنة

• وحدات التحكم في واجهة إلكترونيات الطيران

الأنظمة الطبية والتصويرية

• تجميع بيانات عالية السرعة

• خطوط أنابيب الحصول على الصور

• التحكم في أجهزة التشخيص

دورة حياة طويلة ودعم الأنظمة القديمة

على الرغم من أن Virtex-4 هو جيل ناضج من FPGA، إلا أن العديد من أنظمة مصنعي المعدات الأصلية لا تزال تعتمد على هذه الأجهزة بسبب:

• دورات تأهيل المنتجات الطويلة

• متطلبات الاعتماد التنظيمي

• قيود تكلفة إعادة تصميم النظام

ونتيجة لذلك، تظل مصادر التوريد المستقرة والتوافق مع تصميمات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الحالية أمرًا بالغ الأهمية للصيانة واستمرارية الإنتاج.

الملخص

إن Xilinx Virtex-4 LX سلسلة تتضمن XC4VLX40, XC4VLLX100, و XC4VLX200 تستمر في توفير أداء منطقي عالي الكثافة وموثوق به للأنظمة الصناعية وأنظمة البنية التحتية.

مع درجات السرعة المتعددة، وخيارات درجات الحرارة الممتدة، وحزم BGA ذات العدد الكبير من الدبابيس، تظل هذه الأجهزة مناسبة للنشر على المدى الطويل في التطبيقات المدمجة الحساسة للأداء.