高效、低成本的 FPGA 器件：Spartan-7 FPGA！

賽靈思 Spartan?-7 系列提供了一系列高效、低成本的 FPGA 器件。這些器件經過專門設計，能滿足低成本市場的特殊需求。

摘要
Spartan?-7 FPGA 將高性能 28nm 可編程架構與低成本小尺寸封裝完美結合在一起，同時滿足高性能與小型 PCB 尺寸需求。

Spartan-7 系列器件的主要優勢包括：
? 采用 28HPL （High perf ormance/low power 高性能低功耗）工藝，具有最高單位功耗性能比
? 28nm 架構擴展，可實現設計復用
? Vivado? Design Suite 可實現簡單的低成本設計輸入與驗證

上述優勢使得 Spartar-7 FPGA 系列可以低功耗、低總成本為設計人員提供了必要資源，可滿足低成本應用的要求。
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簡介

賽靈思 Spartan?FPGA 系列自 1998 年問世以來就一直是業界領先的成本優化型 FPGA 產品系列。該系列包含數代成本優化型小尺寸器件，旨在實現橋接、交換、控制、處理、接口等功能。但為了滿足當今低成本應用（諸如工業物聯網 (I-IoT)、高級駕駛員輔助系統 (ADAS)/ 駕駛員感知系統以及新一代通信系統等）的性能和功能要求，單單邏輯遠不能滿足其需求。為應對日益提高的功能和小尺寸要求，Spartan-7 系列致力于在小面積封裝中提供成本優化的高性能可編程邏輯。

選擇最佳工藝

賽靈思在開發 7 系列（Artix?-7、Kintex?-7 以及 Virtex?-7）器件過程中與臺積公司 (TSMC) 通力合作，共同開發出了 28nm HPL 工藝。高介電層金屬閘 (HKMG) 工藝提供了高性能與低功耗的最佳組合，能幫助打造出滿足不同市場需求的不同產品系列。Spartan-7 FPGA 采用與成熟的 7 系列相同的 28HPL 工藝，以及眾多底層架構元件，從而使其成為結構緊湊的成本優化型 FPGA 系列器件。該產品系列具備很高的邏輯和 I/O 性能，功耗也得到嚴格控制，可采用很小的封裝，而且價格低廉。得益于工藝的靈活性，該器件可在兩種不同內核電壓下工作，使用戶能夠在最高性能與最低功耗之間權衡。與競爭對手的FPGA 使用的 28LP （Low Power 低功耗）工藝相比，28HPL 工藝具有足夠寬的工作窗口，使器件能實現更好的性能 / 功耗指標，即以更低功耗實現更高性能。見圖 1。

圖 1 ：Spartan-7 FPGA 28HPL 工藝的優勢

為成功而構建

邏輯結構是所有 FPGA 架構的核心。邏輯單元是器件容量與功能的統一測量標準，設計人員要想理解用器件能做什么事情，還需要深入了解一下其中的構建模塊。Spartan-7 FPGA 采用一個包含 Slice 的可配置邏輯塊 (CLB) ；Slice 由查找表 (LUT)、進位鏈和寄存器構成。這些 Slice 經過配置可以執行邏輯功能、算數功能、存儲器功能以及移位寄存器功能。

隨著 Spartan-7 FPGA 產品的更新換代，CLB 中的資源數量也在發展演變，以便不斷以合適的成本提供最佳功能。例如，第一代 Spartan 器件（于上世紀 90 年代末推出）中的 CLB 包含一個 3 輸入 LUT、兩個 4輸入 LUT 和兩個寄存器。與 Spartan-7 FPGA 的 CLB 中的八個 6 輸入 LUT 和十六個寄存器相比，不難看出器件功能的進步。見圖 2。

圖 2 ：Spartan-7 FPGA LUT 與寄存器連接

Spartan-7 FPGA 中的 LUT 可以配置成一個具有單個輸出的 6 輸入 LUT，或者配置成具有獨立輸出的兩個 5 輸入 LUT。每個 LUT 都可在觸發器中可選擇性地寄存。四個 LUT 和八個觸發器構成一個 Slice，兩個 Slice 構成一個 CLB。部分 Slice 還可以將它們的 LUT 作為分布式 64 位 RAM 或作為 32 位移位寄存器(SRL32)。

這些靈活、強大的功能都可由 Vivado? Design Suite 的綜合階段直接實現，使用戶能方便地利用這些高級功能，且無需花時間學習各個模塊的端口和信號名稱。Spartan-7 FPGA 提供的高設計效率不僅限于LUT 和寄存器；還為設計人員提供了專門用于處理和存儲數字信號的模塊。

DSP

音頻與視頻內容在新型系統中越來越普及。需要高速數學性能對數字化音頻和視頻數據進行操作。為了便于在這樣的環境中開展設計工作，所有 Spartan-7 FPGA 都包含一系列 DSP 模塊，每個模塊包含兩個DSP Slice。每個 Slice 都包含一個 25x18 乘法器和一個 48 位累加器——可在 550MHz 或更高頻率下工作。見圖 3。