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        xilinx7系列FPGA主要包括：Spartan®-7、Artix®-7、Kintex®-7、Virtex®-7。其性能/密度/價(jià)格也隨著系列的不同而提升。Spartan7系列是7系列中的屌絲青年，擁有最低的價(jià)格、最低的功耗、最小的尺寸以及最低的設(shè)計(jì)難度，一些低端應(yīng)用中極為合適。Artix7系列是7系列中的普通青年，相對Spartan7系列則增加了串行收發(fā)器和DSP功能，其邏輯容量也更大，適合邏輯一些稍微復(fù)雜的中低端應(yīng)用。Kintex7系列是7系列中的文藝青年，是在所有系列中擁有最佳的性價(jià)比，無論是硬核數(shù)量還是邏輯容量，都能滿足中低端、以及部分高端應(yīng)用需求。Virtex7系列則是7系列中的大佬，只在高端應(yīng)用中使用，在中低端應(yīng)用就如同高射炮打蚊子，大材小用！

Xilinx的四個(gè)工藝級別

        Xilinx目前主要產(chǎn)品有四個(gè)工藝等級，通常情況下，Xilinx的產(chǎn)品每個(gè)工藝都會有Spartan、Artix、Kintex和Virtex四個(gè)族，如下圖所示。

        其中45nm工藝的產(chǎn)品只有Spartan6還在“苦苦支撐”，其余產(chǎn)品均已“下架”，隨著2017年5月11日Xilinx官方宣布Spartan7進(jìn)入量產(chǎn)階段，Spartan6的生命已經(jīng)進(jìn)入了倒計(jì)時(shí)階段。

        28nm工藝的7系列芯片是Xilinx目前主推的產(chǎn)品，本文就是對該系列的產(chǎn)品進(jìn)行大致的介紹。

Virtex、Kintex、Artix和Spartan

        Virtex系列的器件不僅代表著Xilinx的最高水準(zhǔn)，往往也是整個(gè)FPGA業(yè)界最好的器件。這個(gè)系列的器件一般應(yīng)用于高速聯(lián)網(wǎng)（10G~100G）、便攜雷達(dá)和ASIC原型驗(yàn)證等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域的特點(diǎn)是對資源數(shù)量和性能要求高，但是對功耗和成本不怎么敏感。

        Kintex系列器件相對于Virtex系列器件在成本和功耗上做出了一定程度的讓步，在成本、性能和功耗之間達(dá)成了一個(gè)相對比較好的平衡，但是成本依舊比較高。Kintex器件一般應(yīng)用于3G/4G無線通信、顯示和Video IO Over等領(lǐng)域。

        Artix系列器件在盡可能不降低性能和資源數(shù)量的情況下大幅降低了器件成本，國內(nèi)醫(yī)療設(shè)備和軍工行業(yè)用這個(gè)系列器件用的比較多。

        Spartan系列器件的性能和資源數(shù)量都遠(yuǎn)不如前面三個(gè)系列，但是勝在價(jià)格便宜，所以這個(gè)系列的器件在消費(fèi)電子、汽車電子和工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用相對比較廣泛。值得一提的是，Spartan系列器件的性能要比友商Altera的Cyclone系列（跟Spartan對標(biāo)）高出不少，比如說，Spartan6是支持DDR3的，但是在其之后很晚才面試的Cyclone10全系類都不支持DDR3。

Xilinx器件的訂貨編號（廠商編號）

        FPGA器件表面有一行很長的有字母和數(shù)字組成的字符串，這個(gè)是Xilinx的訂貨編號，我習(xí)慣稱之為廠商編號。7系列各族FPGA的廠商編號具體含義如下圖所示：

        從上圖中可以看出，除Spartan系列器件的廠商編號是由十個(gè)字段組成之外，其余三個(gè)系列的廠商編號都由9個(gè)字段組成。

        四個(gè)系列器件的左數(shù)第一段編碼都是"XC"，這倆字符表示該器件是Xilinx生產(chǎn)的商業(yè)級器件，另外還有軍品級和宇航級，不過這倆等級國內(nèi)不太可能通過正規(guī)渠道購買；

左數(shù)第二個(gè)字段代表該器件屬于Xilinx的第幾代器件，7系列的這個(gè)字段都是7；

        左數(shù)第三個(gè)字段代表該器件屬于哪個(gè)族，S代表Spartan、A代表Artix、K代表Kintex、V代表Virtex；

左數(shù)第四個(gè)字段，實(shí)際器件上印的是一位或多位阿拉伯?dāng)?shù)字，這個(gè)數(shù)字乘以1000就是該器件大致的資源數(shù)量，只是大致，并不準(zhǔn)確；

        左數(shù)第五個(gè)字段用于表示該器件的速度等級，-3最高，-1最低，帶L的表示該器件是低功耗器件（低功耗器件的供電電壓比普通器件更低）。這個(gè)參數(shù)是廠商對芯片測試篩選后印到芯片上的，是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值。該值越大，表示Block RAM和高速IO等資源的最大時(shí)鐘越高，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要慎重考慮該數(shù)值。

        接下來，Spartan器件的第六道九四個(gè)字段和其余三個(gè)族的器件的第六到八個(gè)字段是該器件的封裝信息，這幾個(gè)字段里最后一個(gè)字段的數(shù)字代表該器件的引腳總數(shù)（跟用戶引腳數(shù)有區(qū)別），另外幾個(gè)兩三個(gè)字段的含義就不是很明白了。

        最后一個(gè)字段表示該器件的溫度等級，國內(nèi)比較常見的是C和I；C代表商業(yè)級（Commercial）,可以在0℃到85℃下正常運(yùn)行；I代表工業(yè)級（Industrial），可以在-40℃到100℃下正常運(yùn)行。另外兩個(gè)等級，對我而言還是只存在于“傳說中”。

7系列FPGA內(nèi)部資源概況

下圖是7系列FPGA各族資源的簡單對比。

下面一系列圖片是各族FPGA資源概覽，其中的IO資源是按最大封裝標(biāo)出來的，各個(gè)器件實(shí)際IO資源后面會放。

        從上面的四張圖片中可以看出，Virtex7跟另外三個(gè)族都不在一個(gè)畫風(fēng)上，最小邏輯單元（Logic Cell）數(shù)是330K個(gè)，另外三個(gè)族最大邏輯單元數(shù)量分別是480K/200K/100K......

        Kintex7看著老大默默安慰自己：好歹咱全型號都配備了GTX，沒事，沒事；Artix7哭暈在了廁所里，都是一個(gè)媽生的，差距怎么就那么大尼？Spartan7已經(jīng)陷入了絕望的深淵：馬丹，為啥不給我配PCIe和高速收發(fā)器，Spartan6還有個(gè)“T”呢，老紙的T呢？！T呢？！

        值得一提的是，7系列FPGA上集成了一個(gè)ADC模塊，就是那個(gè)“XADC Blocks”，這玩意不僅可以從引腳采集電壓值，還能監(jiān)控自身的供電電源，雖說這玩意在CPU和MCU上不是啥新鮮玩意，但是在FPGA上還是蠻新奇的，起碼對我而言是。

        注意看Virtex7那張圖下面第1條和第6條Notes，Virtex7還細(xì)分了Virtex7T、Virtex7XT和Virtex7HT。

7系列FPGA IO資源和高速收發(fā)器資源概況

下面一系列圖片是不同封裝FPGA的IO資源和高速收發(fā)器資源表：

        IO資源依舊是Virtex7碾壓另外三個(gè)族......

        從上面的幾張圖中可以看到，7系列的FPGA IO資源有HR和HP兩種規(guī)格。HP支持1.2V~1.8V電壓，HR支持1.2~3.3V電壓。前者的最高傳輸速率要比或者高，但是明顯前者的使用范圍更窄，這個(gè)就需要根據(jù)需求自行判斷需要哪種了。

        論質(zhì)量的話Kintex7其實(shí)要略勝一Virtex7籌，畢竟Kintex7全型號都支持GTX，同時(shí)全型號都有HR IO，大部分型號還兼?zhèn)銱P和HR兩種規(guī)格的IO。

        7系列三種高速串行收發(fā)器的性能如下

        GTH:500Mb/s~13.1Gb/s

        GTX:500Mb/s~12.5Gb/s

        GTP:500Mb/s~6.6Gb/s

        具體到每個(gè)器件時(shí)，最高傳輸速率還收到前面提到過的速度等級的影響。另外，Xilinx有用來配置高速串行收發(fā)器的IP核，在這個(gè)IP核里可以設(shè)置具體的傳輸速率和編解碼等屬性。