Altera Cyclone IV GX系列的特性及FPGA开发套件的设计方案介绍
altera 公司的cyclone iv 系列fpga包括两个系列：cyclone iv e和cyclone iv gx,具有低成本、低功耗的fpga 架构，6 k 到150 k 的逻辑单元，高达6.3 mb 的嵌入式存储器，小于1.5 w 的总功耗；cyclone iv gx 器件提供高达八个3.125 gbps高速收发器，用于大批量，成本敏感的应用如无线、有线、广播、工业，用户以及通信等行业。本文介绍了cyclone iv 器件系列主要特性，收发器通道框图以及cyclone iv gx fpga开发套件主要特性，框图，电路图和材料清单。
altera 新的cyclone®iv 系列 fpga 器件巩固了cyclone 系列在低成本、低功耗fpga市场的领导地位，并且目前提供集成收发器功能的型号。cyclone iv 器件旨在用于大批量，成本敏感的应用，使系统设计师在降低成本的同时又能够满足不断增长的带宽要求。
cyclone iv 器件系列是建立在一个优化的低功耗工艺基础之上，并提供以下两种型号：
■ cyclone iv e- 最低的功耗，通过最低的成本实现较高的功能性
■ cyclone iv gx- 最低的功耗，集成了3.125 gbps 收发器的最低成本的fpga
cyclone iv 器件集成了一个可选择的低成本收发器，在未影响性能的情况下，节省了功耗及成本。针对无线、有线、广播、工业，用户以及通信等行业中的低成本的小型应用，cyclone iv 器件无疑是最理想的选择。
cyclone iv 器件系列主要特性：
■ 低成本、低功耗的fpga 架构：
■ 6 k 到150 k 的逻辑单元
■ 高达6.3 mb 的嵌入式存储器
■ 高达360 个18 × 18 乘法器，实现dsp 处理密集型应用
■ 协议桥接应用，实现小于1.5 w 的总功耗
■ cyclone iv gx 器件提供高达八个高速收发器以支持：
■ 高达3.125 gbps 的数据速率
■ 8b/10b 编码器/ 解码器
■ 8-bit 或者10-bit 位物理介质附加子层（pma） 到物理编码子层（pcs） 接口
■ 字节串化器/ 解串器（serdes）
■ 字对齐器
■ 速率匹配fifo
■ 公共无线电接口（cpri） 的tx 位滑块
■ 电路空闲
■ 动态通道重配置以实现数据速率及协议的即时修改
■ 静态均衡及预加重以实现最佳的信号完整性
■ 每通道150 mw 的功耗
■ 灵活的时钟结构以支持单一收发器模块中的多种协议
■ cyclone iv gx 器件对pci express （pipe）（pcie）gen 1 提供了专用的硬核ip:
■ ×1,×2, 和×4 通道配置
■ 终点和根端口配置
■ 高达256-byte 的有效负载
■ 一个虚拟通道
■ 2 kb 重试缓存
■ 4 kb 接收（rx） 缓存
■ cyclone iv gx 器件提供多种协议支持：
■ pcie （pipe） gen 1×1,×2, 和×4 （2.5 gbps）
■ 千兆以太网（1.25 gbps）
■ cpri （ 高达3.072 gbps）
■ xaui （3.125 gbps）
■ 三倍速率串行数字接口（sdi）（ 高达2.97 gbps）
■ 串行rapidio（3.125 gbps）
■ basic 模式（ 高达3.125 gbps）
■ v-by-one（ 高达3.0 gbps）
■ displayport（2.7 gbps）
■ 串行高级技术附件（serial advanced technology attachment （sata））（ 高达3.0 gbps）
■ obsai（ 高达3.072 gbps）
■ 高达532 个用户i/o
■ 高达840 mbps 发送器（tx）， 875 mbps rx 的lvds 接口
■ 支持高达200 mhz 的ddr2 sdram 接口
■ 支持高达167 mhz 的qdrii sram 和ddr sdram
■ 每器件中高达8 个锁相环（plls）
■ 支持商业与工业温度等级
cyclone iv 器件系列体系结构
这一部分介绍了cyclone iv 器件的体系结构，其中包括以下几方面内容：
■ fpga 核心架构
■ i/o 特性
■ 时钟管理
■ 外部存储器接口
■ 配置
■ 高速收发器（ 仅适用于cyclone iv gx 器件）
■ pci express 的硬核ip（ 仅适用于cyclone iv gx 器件）
fpga 核心架构
cyclone iv 器件采用了与成功的cyclone 系列器件相同的核心架构。这一架构包括由四输入查找表（luts） 构成的le, 存储器模块以及乘法器。
每一个cyclone iv 器件的m9k 存储器模块都具有9 kbit 的嵌入式sram 存储器。您可以把m9k 模块配置成单端口、简单双端口、真双端口ram 以及fifo 缓冲器或者rom,通过配置也可以实现表1-7 中的数据宽度。
cyclone iv 器件中的乘法器体系结构与现有的cyclone 系列器件是相同的。嵌入式乘法器模块可以在单一模块中实现一个18 × 18 或两个 9 × 9 乘法器。altera 针对乘法器模块的使用提供了一整套的dsp ip,其中包括有限脉冲响应（fir）， 快速傅里叶变换（fft） 和数字控制震荡器（nco） 功能。quartus®ii 设计软件中的dsp builder 工具集成了mathworks simulink 与matlab 设计环境，从而实现了一体化的dsp 设计流程。
图1.cyclone iv gx 器件的收发器通道框图
altera cyclone iv gx fpga开发套件
altera® cyclone® iv gx fpga开发套件为迅速开始开发低成本、低功耗fpga系统级设计提供了全面的、同类最佳的设计环境。该套件帮助您缩短了产品开发周期，使您能够更迅速的将产品推向市场，树立新的产品里程碑。采用这一平台，您能够：
使用cyclone iv gx pci express硬核知识产权（ip）和pci-sig®兼容电路板，开发并测试pci express® gen1 x1、x2、x4端点设计。
使用板上ddr2存储器，通过其扩展功能，高速中间链接卡（hsmc）连接器，开发并测试多通路协议桥接设计。altera合作伙伴提供30多种不同的hsmc,以及cpri、sata和sdi等支持协议。
重新使用套件电路板测试系统提供的实例设计，加速您的fpga设计。
针对您产品的低成本和低功耗电路板，使用套件的主板作为设计模型。
cyclone iv gx fpga开发套件包括：
cyclone iv gx fpga开发板（参见图1）
安装的器件
f896封装的cyclone iv gx ep4cgx150n fpga
配置状态和设置单元
通过max® ii epm2210 cpld和闪存进行被动串行（ps）配置
使用quartus®ii编程器的板上usb-blastertm下载电缆
时钟
板上时钟振荡器：50 mhz、100 mhz（可设置）和125 mhz
用于外部时钟输入的sma连接器
用于时钟输出的sma连接器
通用用户输入和输出
led
lcd显示屏
按键和双列直插封装（dip）开关
存储器件
128-mb ddr2 sdram,支持32位数据总线。
64-mb同步闪存和4-mb ssram
元件和接口
pci express边沿连接器
10/100/1000-mbps以太网phy,提供rj-45连接器。
两个hsmc连接器
电源测量电路
电源
笔记本计算机直流输入
pci express边沿连接器电源
其他特性
pci express短卡
符合rohs
cyclone iv gx fpga开发套件软件组成
设计实例
电路板更新入口，含有nios®ii处理器网络服务器，支持远程系统更新。
电路板测试系统
免费的quartus ii网络版软件，包括对cyclone iv fpga的支持，以及：
nios ii嵌入式设计套装
megacore®ip库包括pci express、三速以太网、sdi和ddr2高性能控制器megacore ip内核
通过opencore plus进行ip评估
回环和调试hsmc
电源适配器和电缆
图2.cyclone iv gx fpga开发套件外形图和主要元件分布图
the board features the following major component blocks:
■ cyclone iv gx ep4cgx150df31 fpga in the 896-pin fineline bga （fbga）package
■ 1.2-v core power
■ max® ii epm2210gf256 cpld in the 256-pin fbga package
■ 1.8-v core power
■ fpga configuration circuitry
■ max ii cpld epm2210 system controller and flash fast passive parallel （fpp） configuration
■ active serial configuration
■ on-board usb-blastertm for use with the quartus® ii programmer
■ jtag header for external usb-blaster with the quartus ii programmer
■ on-board ports
■ embedded usb-blaster
■ one gigabit ethernet port
■ communication ports
■ pci express （pcie） edge connector
■ 10/100/1000base-t ethernet phy with rj-45 connector
■ two high-speed mezzanine card （hsmc） interfaces
■ on-board memory
■ 4-mb （x16） synchronous static random access memory （ssram）
■ two 32-mb （x32） ddr2 sdram
■ 64-mb flash
■ on-board clocking circuitry
■ 50.000-mhz oscillator
■ 125.000-mhz oscillator
■ sma clock input
■ sma clock output
■ programmable oscillator （default: 100.000-mhz）
■ general user i/o
■ leds and display
■ eight fpga user leds
■ one configuration done led
■ one error led
■ five ethernet status leds
■ one usb status led
■ one power status led
■ five configuration leds
■ a two-line 16-character lcd display
■ push-button switches
■ one cpu reset push-button switch
■ one max ii configuration reset push-button switch
■ one program-load push-button switch-configure the fpga from flash memory
■ one program-select push-button switch-select image to load from flash memory or serial configuration （epcs） device
■ four general user push-button switches
■ dip switches
■ board settings dip switch
■ jtag chain select dip switch
■ pcie control dip switch
■ configuration settings dip switch
■ user dip switch
■ power supply
■ 16-v dc input
■ 2.5-mm barrel jack for dc power input
■ on/off slide power switch
■ on-board power measurement circuitry
■ 20-w per hsmc interface
■ mechanical
■ pcie small form factor board
■ bench-top operation
福建物构所单晶异质结偏振光探测研究获进展
为何要引入去耦电容？在选择去耦电容的容值时应该考虑哪些因素？
智能门锁的应用场景广阔 但信息安全问题很明显
魅蓝note6使用P20？魅族硬生生让使用高通处理器成为卖点
PIC32MX470 温湿度计+RTOS+GUI：串口打印温湿度数据解析
Altera Cyclone IV GX系列的特性及FPGA开发套件的设计方案介绍
网约出租电动汽车市场怎么了 还有前景吗
基于Zynq平台的动态智能家居系统的设计
截至2020年12月，我国IPv4地址数量为38923万个
SAMP入门系列：剪切蒙版形状的放置和分解规则（上）
英特尔正在测试新型量子芯片，其计算能力要将比当前全球最快的超级电脑要强大得多
5G网络部署正在全球各地如火如荼地开展
随着电子产品的繁荣发展，智能照明行业将迎来黄金期
今年一季度京东方持续稳居全球半导体显示龙头地位
FCI推出多端口和单端口RJ45模块插座连接器
鲁大师2023年Q1手机报告：魅族 20 PRO沉默中爆发，登顶整机流畅度榜单！
剖析电池包的直接降价空间有多少
2018年全球智能音箱Q3出货量达2270万台，中国成最大赢家
基于RaspberryPi Zero W的机器人的制作
NV080D语音芯片在加热器上的应用方案
altera 新的cyclone®iv 系列 fpga 器件巩固了cyclone 系列在低成本、低功耗fpga市场的领导地位，并且目前提供集成收发器功能的型号。cyclone iv 器件旨在用于大批量，成本敏感的应用，使系统设计师在降低成本的同时又能够满足不断增长的带宽要求。
cyclone iv 器件系列是建立在一个优化的低功耗工艺基础之上，并提供以下两种型号：
■ cyclone iv e- 最低的功耗，通过最低的成本实现较高的功能性
■ cyclone iv gx- 最低的功耗，集成了3.125 gbps 收发器的最低成本的fpga
cyclone iv 器件集成了一个可选择的低成本收发器，在未影响性能的情况下，节省了功耗及成本。针对无线、有线、广播、工业，用户以及通信等行业中的低成本的小型应用，cyclone iv 器件无疑是最理想的选择。
cyclone iv 器件系列主要特性：
■ 低成本、低功耗的fpga 架构：
■ 6 k 到150 k 的逻辑单元
■ 高达6.3 mb 的嵌入式存储器
■ 高达360 个18 × 18 乘法器，实现dsp 处理密集型应用
■ 协议桥接应用，实现小于1.5 w 的总功耗
■ cyclone iv gx 器件提供高达八个高速收发器以支持：
■ 高达3.125 gbps 的数据速率
■ 8b/10b 编码器/ 解码器
■ 8-bit 或者10-bit 位物理介质附加子层（pma） 到物理编码子层（pcs） 接口
■ 字节串化器/ 解串器（serdes）
■ 字对齐器
■ 速率匹配fifo
■ 公共无线电接口（cpri） 的tx 位滑块
■ 电路空闲
■ 动态通道重配置以实现数据速率及协议的即时修改
■ 静态均衡及预加重以实现最佳的信号完整性
■ 每通道150 mw 的功耗
■ 灵活的时钟结构以支持单一收发器模块中的多种协议
■ cyclone iv gx 器件对pci express （pipe）（pcie）gen 1 提供了专用的硬核ip:
■ ×1,×2, 和×4 通道配置
■ 终点和根端口配置
■ 高达256-byte 的有效负载
■ 一个虚拟通道
■ 2 kb 重试缓存
■ 4 kb 接收（rx） 缓存
■ cyclone iv gx 器件提供多种协议支持：
■ pcie （pipe） gen 1×1,×2, 和×4 （2.5 gbps）
■ 千兆以太网（1.25 gbps）
■ cpri （ 高达3.072 gbps）
■ xaui （3.125 gbps）
■ 三倍速率串行数字接口（sdi）（ 高达2.97 gbps）
■ 串行rapidio（3.125 gbps）
■ basic 模式（ 高达3.125 gbps）
■ v-by-one（ 高达3.0 gbps）
■ displayport（2.7 gbps）
■ 串行高级技术附件（serial advanced technology attachment （sata））（ 高达3.0 gbps）
■ obsai（ 高达3.072 gbps）
■ 高达532 个用户i/o
■ 高达840 mbps 发送器（tx）， 875 mbps rx 的lvds 接口
■ 支持高达200 mhz 的ddr2 sdram 接口
■ 支持高达167 mhz 的qdrii sram 和ddr sdram
■ 每器件中高达8 个锁相环（plls）
■ 支持商业与工业温度等级
cyclone iv 器件系列体系结构
这一部分介绍了cyclone iv 器件的体系结构，其中包括以下几方面内容：
■ fpga 核心架构
■ i/o 特性
■ 时钟管理
■ 外部存储器接口
■ 配置
■ 高速收发器（ 仅适用于cyclone iv gx 器件）
■ pci express 的硬核ip（ 仅适用于cyclone iv gx 器件）
fpga 核心架构
cyclone iv 器件采用了与成功的cyclone 系列器件相同的核心架构。这一架构包括由四输入查找表（luts） 构成的le, 存储器模块以及乘法器。
每一个cyclone iv 器件的m9k 存储器模块都具有9 kbit 的嵌入式sram 存储器。您可以把m9k 模块配置成单端口、简单双端口、真双端口ram 以及fifo 缓冲器或者rom,通过配置也可以实现表1-7 中的数据宽度。
cyclone iv 器件中的乘法器体系结构与现有的cyclone 系列器件是相同的。嵌入式乘法器模块可以在单一模块中实现一个18 × 18 或两个 9 × 9 乘法器。altera 针对乘法器模块的使用提供了一整套的dsp ip,其中包括有限脉冲响应（fir）， 快速傅里叶变换（fft） 和数字控制震荡器（nco） 功能。quartus®ii 设计软件中的dsp builder 工具集成了mathworks simulink 与matlab 设计环境，从而实现了一体化的dsp 设计流程。
图1.cyclone iv gx 器件的收发器通道框图
altera cyclone iv gx fpga开发套件
altera® cyclone® iv gx fpga开发套件为迅速开始开发低成本、低功耗fpga系统级设计提供了全面的、同类最佳的设计环境。该套件帮助您缩短了产品开发周期，使您能够更迅速的将产品推向市场，树立新的产品里程碑。采用这一平台，您能够：
使用cyclone iv gx pci express硬核知识产权（ip）和pci-sig®兼容电路板，开发并测试pci express® gen1 x1、x2、x4端点设计。
使用板上ddr2存储器，通过其扩展功能，高速中间链接卡（hsmc）连接器，开发并测试多通路协议桥接设计。altera合作伙伴提供30多种不同的hsmc,以及cpri、sata和sdi等支持协议。
重新使用套件电路板测试系统提供的实例设计，加速您的fpga设计。
针对您产品的低成本和低功耗电路板，使用套件的主板作为设计模型。
cyclone iv gx fpga开发套件包括：
cyclone iv gx fpga开发板（参见图1）
安装的器件
f896封装的cyclone iv gx ep4cgx150n fpga
配置状态和设置单元
通过max® ii epm2210 cpld和闪存进行被动串行（ps）配置
使用quartus®ii编程器的板上usb-blastertm下载电缆
时钟
板上时钟振荡器：50 mhz、100 mhz（可设置）和125 mhz
用于外部时钟输入的sma连接器
用于时钟输出的sma连接器
通用用户输入和输出
led
lcd显示屏
按键和双列直插封装（dip）开关
存储器件
128-mb ddr2 sdram,支持32位数据总线。
64-mb同步闪存和4-mb ssram
元件和接口
pci express边沿连接器
10/100/1000-mbps以太网phy,提供rj-45连接器。
两个hsmc连接器
电源测量电路
电源
笔记本计算机直流输入
pci express边沿连接器电源
其他特性
pci express短卡
符合rohs
cyclone iv gx fpga开发套件软件组成
设计实例
电路板更新入口，含有nios®ii处理器网络服务器，支持远程系统更新。
电路板测试系统
免费的quartus ii网络版软件，包括对cyclone iv fpga的支持，以及：
nios ii嵌入式设计套装
megacore®ip库包括pci express、三速以太网、sdi和ddr2高性能控制器megacore ip内核
通过opencore plus进行ip评估
回环和调试hsmc
电源适配器和电缆
图2.cyclone iv gx fpga开发套件外形图和主要元件分布图
the board features the following major component blocks:
■ cyclone iv gx ep4cgx150df31 fpga in the 896-pin fineline bga （fbga）package
■ 1.2-v core power
■ max® ii epm2210gf256 cpld in the 256-pin fbga package
■ 1.8-v core power
■ fpga configuration circuitry
■ max ii cpld epm2210 system controller and flash fast passive parallel （fpp） configuration
■ active serial configuration
■ on-board usb-blastertm for use with the quartus® ii programmer
■ jtag header for external usb-blaster with the quartus ii programmer
■ on-board ports
■ embedded usb-blaster
■ one gigabit ethernet port
■ communication ports
■ pci express （pcie） edge connector
■ 10/100/1000base-t ethernet phy with rj-45 connector
■ two high-speed mezzanine card （hsmc） interfaces
■ on-board memory
■ 4-mb （x16） synchronous static random access memory （ssram）
■ two 32-mb （x32） ddr2 sdram
■ 64-mb flash
■ on-board clocking circuitry
■ 50.000-mhz oscillator
■ 125.000-mhz oscillator
■ sma clock input
■ sma clock output
■ programmable oscillator （default: 100.000-mhz）
■ general user i/o
■ leds and display
■ eight fpga user leds
■ one configuration done led
■ one error led
■ five ethernet status leds
■ one usb status led
■ one power status led
■ five configuration leds
■ a two-line 16-character lcd display
■ push-button switches
■ one cpu reset push-button switch
■ one max ii configuration reset push-button switch
■ one program-load push-button switch-configure the fpga from flash memory
■ one program-select push-button switch-select image to load from flash memory or serial configuration （epcs） device
■ four general user push-button switches
■ dip switches
■ board settings dip switch
■ jtag chain select dip switch
■ pcie control dip switch
■ configuration settings dip switch
■ user dip switch
■ power supply
■ 16-v dc input
■ 2.5-mm barrel jack for dc power input
■ on/off slide power switch
■ on-board power measurement circuitry
■ 20-w per hsmc interface
■ mechanical
■ pcie small form factor board
■ bench-top operation
福建物构所单晶异质结偏振光探测研究获进展
为何要引入去耦电容？在选择去耦电容的容值时应该考虑哪些因素？
智能门锁的应用场景广阔 但信息安全问题很明显
魅蓝note6使用P20？魅族硬生生让使用高通处理器成为卖点
PIC32MX470 温湿度计+RTOS+GUI：串口打印温湿度数据解析
Altera Cyclone IV GX系列的特性及FPGA开发套件的设计方案介绍
网约出租电动汽车市场怎么了 还有前景吗
基于Zynq平台的动态智能家居系统的设计
截至2020年12月，我国IPv4地址数量为38923万个
SAMP入门系列：剪切蒙版形状的放置和分解规则（上）
英特尔正在测试新型量子芯片，其计算能力要将比当前全球最快的超级电脑要强大得多
5G网络部署正在全球各地如火如荼地开展
随着电子产品的繁荣发展，智能照明行业将迎来黄金期
今年一季度京东方持续稳居全球半导体显示龙头地位
FCI推出多端口和单端口RJ45模块插座连接器
鲁大师2023年Q1手机报告：魅族 20 PRO沉默中爆发，登顶整机流畅度榜单！
剖析电池包的直接降价空间有多少
2018年全球智能音箱Q3出货量达2270万台，中国成最大赢家
基于RaspberryPi Zero W的机器人的制作
NV080D语音芯片在加热器上的应用方案