Spartan6系列之器件详细介绍、选型参考

1.      概述

　　Spartan6系列是一类低成本高容量的FPGA，采用45nm低功耗敷铜技术，能在功耗、性能、成本之间很好地平衡；Spartan6系列内部采用双寄存器、6输入的LUT，还有一系列的内建系统级模块，这些系统级模块有18Kb Block Ram、第二代DSP48A21 Slice、SDRAM存储器接口（DDR接口）、强健的混合型时钟管理模块、Select IO技术、优化的高速串行收发器GTP Transceiver、PCIE接口、先进的系统级电源管理模式、可自动检测配置、具有AES和Device DNA保护的加强IP。Spartan6特别适合于高容量的逻辑设计、面向用户的DSP设计、低成本设计。

图 1Spartan-6芯片XC6SLX16

2.      Spartan6的特点

• 两小类

　　　　Spartan-6 LX FPGA优势是逻辑优化；

　　　　Spartan-6 LXT FPGA优势是高速串行连接性；

• 低设计成本

• 低动静态功耗

　　　　45nm技术对功耗做了优化；

　　　　睡眠模式零功耗；

　　　　挂起模式时可保持芯片内部状态、并有多个引脚可实现芯片的唤醒操作；

　　　　LX FPGAs, -1L使用1.0V的内核电压；LX and LXT FPGAs, -2, -3, and -3N使用1.2V的内核电压；

• Select IO可采用多电平标准

　　　　每对差分IO最高可达1080Mb/s的数据传输速度；

　　　　每个引脚的输出电流最高可达24mA；

　　　　1.2--3.3V电平标准和协议供选择；

　　　　低功耗的HSTL、SSTL存储器接口技术；

　　　　符合热插拔规范；

　　　　可调节IO接口片斜率以提高信号完整性；

• 高速串行收发器（LXT FPGA才有）

　　　　最高可达3.2Gbps；

　　　　支持的高速接口包括Serial ATA, Aurora,1G Ethernet, PCI Express, OBSAI, CPRI, EPON,GPON, DisplayPort, and XAUI；

• PCIE接口设计用到的Endpoint block（LXT FPGA才有）
• 支持PCI接口，与33MHZ、32bit/64bitPCI协议兼容
• 高效的DSP48A1模块

　　　　快速的18X18乘法器或48bit累加器，具备流水化瀑布化能力；

• 集成的存储器控制接口模块

　　　　支持DDR, DDR2, DDR3, and LPDDR；　　

　　　　数据率最高可达800Mb/s；

　　　　存储器控制接口有多个端口，每个端口包含各自的独立地FIFO，可实现存储器的高速读写；

• 足够的逻辑资源

　　　　可选的移位寄存器或分布式RAM；

　　　　高效的6输入LUT；

• Block RAM

　　　　每个Block RAM 18Kb大小，一个Block RAM可以通过编程当做两个9Kb大小的Block RAM使用；

• Clock Management Tile (CMT)时钟管理模块；

　　　　16个低偏斜的时钟网络；内部DCM可消除时钟偏斜和周期扭曲变化；内部PLL可实现相位锁定，实现时钟低抖动；

• 简化的器件配置

　　　　有两个引脚用于配置方式的自动检测；

　　　　支持SPI Flash（最多4个）和Nor Flash配置；

　　　　以JTAG进行编程的 Xilinx Platform Flash ；

　　　　支持多重引导，便于远程升级；

• 对设计的安全保护

　　　　独一无二的Device DNA标志用于设计认证；

　　　　AES比特流加密；

• 支持MicroBlaze软处理器系统
• 丰富的工业IP和参考设计

3.      Spartan6的资源

　　下表是Spartan-6系列各型号的逻辑资源情况，对该表的解释如下：

• • • 每个SLICE包含4个LUT和8个flip-flops；
    • 每个DSP48A1 slice包含1个18X18乘法器、1个48bit累加器、1个加法器；
    • 每个18Kb的Block RAM可以用作2个9Kb的Block RAM；
    • 每个CMT包含2个DCM和1个PLL；
    • 在-3N 速度等级的器件里没有存储器接口（DDR接口）；

表格 1Spartan-6 FPGA逻辑资源一览表

下表是Spartan-6系列的IO资源情况，其中，GTP的个数是指GTP Lane的个数。

表格 2 Spartan-6系列IO资源一览表