CN104616574B - 一种fpga可拆装且高速运行的验证开发板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种FPGA可拆装且高速运行的验证开发板，包括开发板、位于开发板上的插座和可拆卸连接于插座上的FPGA芯片，开发板上设有与插座封装形式相对应的焊盘，插座焊接在所述焊盘上；插座上设有与FPGA锡球相对应的管脚，管脚上端与FPGA芯片的锡球相连，下端与开发板上的走线相连接，FPGA芯片通过插座的管脚实现与开发板上各元件的电连接；为配合FPGA芯片运行速度较快的特点，在其周围同时布局了可高速存取数据的存储器（Flash芯片、FRAM芯片和DDR3芯片），根据FPGA编程，这些芯片可被单独调用，也可同时调用，以保证开发板的高速运行。FPGA芯片在开发板上可以通过手工拆装，不需要其他设备，拆装方便，而且不会损坏芯片，可以反复拆装；同时，该开发板设计充分发挥了FPGA芯片对数据并行处理的优势，可完全满足设计验证的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于FPGA的验证开发板，具体为一种FPGA可拆装且高速运行的验证开发板，属于计算机硬件领域。
背景技术
基于FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）的验证开发板，是利用FPGA芯片现场可编程及数据并行处理的优势，为满足设计验证的需要而开发的电路板，多采用大容量、高速率的FPGA芯片。通常，FPGA芯片直接焊接在开发板上，或者FPGA芯片焊在PCB转接板上，然后通过转接板连接到开发板上，这就存在一个问题：当FPGA芯片损坏或FPGA的容量、速度不能满足需求，需要更换时，更换FPGA芯片时就会非常的麻烦，需要专业的设备，而且操作中还可能会将价格不菲的FPGA芯片损坏。另外，由于FPGA芯片具有现场可编程及数据并行处理的优势，为保证其快速运行，需要其周围存储芯片具有可并行存取数据、数据传输速度快的特点，而这也是现有技术中需要改进的一点。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种FPGA可拆装且高速运行的验证开发板，其代替了原有的焊接方式，并且充分发挥了FPGA芯片现场可编程及数据并行处理的特点。
为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种FPGA可拆装且高速运行的验证开发板，包括开发板、位于开发板上的插座和可拆卸连接于插座上的FPGA芯片，开发板上设有与插座封装形式相对应的焊盘，插座焊接在所述焊盘上；插座上设有与FPGA锡球相对应的管脚，管脚上端与FPGA芯片的锡球相连，下端与开发板上的走线相连接，FPGA芯片通过插座的管脚实现与开发板上各元件的电连接；所述开发板上还设有Flash芯片、FRAM芯片、DDR3芯片、PROM芯片、晶振芯片、电源转换芯片、串口芯片、USB芯片、拨码开关、复位按键、LED指示灯、JTAG接口、串口、USB口、对外预留接口，均通过开发板上的走线与FPGA插座的管脚相连。
进一步的，所述FPGA芯片通过锁紧装置与插座可拆卸连接，锁紧装置使FPGA芯片的锡球与插座的管脚紧紧压接在一起，实现与开发板的连通。
进一步的，所述锁紧装置为夹捏式接触装置，由应力簧片作为弹性元件提供接触动力，引导插座的管脚去压接FPGA芯片的锡球。
进一步的，所述插座的管脚在数量、间距和排列方式上与FPGA芯片的锡球相一致。
进一步的，所述插座内含1156个间距为1.0mm的引脚，采用34＊34的方阵排列，用于固定锡球直径为0.6mm±0.1mm的BGA封装的FPGA芯片。
进一步的，所述FPGA芯片型号为Virtex-5 XC5VLX155，封装为FFG1153。
本发明的有益效果：FPGA芯片在开发板上可以通过手工拆装，不需要其他设备，拆装方便，而且不会损坏芯片，可以反复拆装；同时，该开发板设计充分发挥了FPGA芯片对数据并行处理的优势，可完全满足设计验证的需求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为开发板的布局示意图；
图中：1、FPGA芯片，2、插座，3、开发板，4、锁紧装置，5、管脚。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明和限定。
如图1所示，一种FPGA可拆装且高速运行的验证开发板，包括开发板3、位于开发板3上的插座2和可拆卸连接于插座2上的FPGA芯片1，开发板上3设有与插座2封装形式相对应的焊盘，插座2焊接在所述焊盘上；插座2上设有与FPGA芯片1的锡球相对应的管脚5，管脚5上端与FPGA芯片1的锡球相连，下端与开发板3上的走线相连接，FPGA芯片1通过插座2的管脚5实现与开发板3上各元件的电连接。
本实施例中，所述FPGA芯片1通过锁紧装置4实现与插座2的可拆卸连接，锁紧装置4使FPGA芯片1的锡球与插座2的管脚5紧紧压接在一起，实现与开发板3的连通。所述锁紧装置4为夹捏式接触装置，由应力簧片作为弹性元件提供接触动力，引导插座2的管脚5去压接FPGA芯片1的锡球。
所述FPGA芯片1的锡球与所述FPGA插座2的管脚5在引脚间距、引脚排列及数量等方面要一致，且FPGA芯片1锡球的尺寸满足放入插座2中后在锁紧装置4作用下可以固定，并接触正常。
在将所述FPGA芯片1放入所述FPGA插座2中时，要让芯片1的引脚与插座2的引脚5一一对应，确保FPGA芯片1与FPGA插座2所有引脚之间的正常通信。
所述FPGA插座2内含1156个间距为1.0mm的管脚5，采用34＊34的方阵排列，可固定锡球直径为0.6mm±0.1mm的BGA封装的FPGA芯片1。
如图2所示，验证开发板3上插座2周围布局有Flash芯片、FRAM芯片、DDR3芯片、两片PROM芯片、两片晶振芯片、电源转换芯片、串口芯片、USB芯片、三组拨码开关、复位按键、十二个LED指示灯、JTAG接口、串口、USB口、对外预留接口，均通过开发板上的走线与FPGA芯片1相连。
所述FPGA芯片1型号为Virtex-5 XC5VLX155，封装为FFG1153，芯片内部有丰富的可编程逻辑资源(155648个逻辑单元)、192个36Kb双端口RAM和大量的I/O引脚（最大到800个），芯片运行速度快，运行频率最高可达550MHz，可以满足大型设计仿真验证的需要，如集成电路的仿真验证。
所述FPGA芯片1运行速度较快，为配合其运行，在其周围同时布局了可高速存取数据的存储器（Flash芯片、FRAM芯片和DDR3芯片），根据FPGA编程，这些芯片可被单独调用，也可同时调用，以保证开发板的高速运行。
所述PROM芯片，是FPGA芯片1的配置芯片，用于存储比特流配置文件，根据设置采用FPGA主串模式工作；开发板上电工作后，从JTAG接口烧入PROM芯片的配置文件，在自引导程序的作用下被配置进入FPGA芯片，以使FPGA按照既定的功能工作。每片PROM芯片均能存储32M bit的文件，两片通过JTAG链串联可存储64M bit文件，完全满足程序设计验证的需求。
所述Flash芯片，作为非易失存储器，用于存储仿真验证的程序代码或数据文件，它包含24位地址线和16位数据线，数据传输带宽高，数据存取速度快，在页模式下读取一次仅需25ns，适合设计仿真验证的需要，可以协助FPGA芯片1充分发挥其并行处理数据的能力。
所述DDR3芯片，作为程序运行的存储内存，包含15条地址线和16条数据线，工作频率比较高，内核时钟频率可达200MHz，数据传输速率快，配合FPGA芯片1使用，可以满足大数据高速传输的要求，充分体现FPGA并行处理的优势。
所述FRAM芯片，为铁电存储器，也是非易失存储器，它的优势也在于存取数据的速度快，在页模式下的操作频率可达40MHz，类似SRAM，非常适合高速数据通信的需求。
所述晶振芯片，均为抗抖动时钟发生器，一个为100MHz，用于提供FPGA芯片1系统工作的时钟；另一个为13.56MHz，提供用于模拟非接触式智能卡工作的时钟。
所述电源转换芯片，将输入的5V电压分别转化为1.0V提供给FPGA芯片1的VCCINT，1.8V 为PROM供电，2.5V提供给FPGA的VCCAUX电压，3.3V给FPGA的VCCO、Flash芯片、 FRAM芯片和DDR3芯片供电，电源芯片功率较大，可以满足开发板大负荷运行时的供电需求。
所述USB芯片，采用赛普拉斯的高集成、低功耗USB2.0微控制器CY7C68014A芯片，数据传输速率可以达到每秒53MB以上，可以实现USB2.0最大的带宽。
所述串口芯片，采用低功耗、高速率的RS-232收发器，只需5V供电，传输速率可达120kbps，而其关断模式下的功耗可以控制在5uW以内。
所述三组拨码开关，一组用于调整FPGA芯片1的配置模式，可设为主动模式也可设为被动模式；其余两组可用于FPGA编程使用，通过开关可调整对应变量的状态。
所述复位按键，用于为FPGA芯片1提供系统硬件复位。
所述十二个LED指示灯，三个用于显示电源的工作状态，一个显示FPGA芯片1配置完成信号，其余八个LED可被用于编程，以显示程序的运行结果。
所述JTAG接口，通过JTAG链与FPGA芯片1和PROM芯片串行连接，可用于烧写配置文件和调试验证开发板。
所述串口和USB口，调试开发板和正常运行程序时，用作数据通信的接口。
所述两排预留对外接口，均为2.0mm间距、2x40pin的插座，信号直接由FPGA芯片1的I/O引脚引出，预留用于扩展底板，或与其他开发板进行通信。
Claims (4)
1.一种FPGA可拆装且高速运行的验证开发板，其特征在于 ：包括开发板（3）、位于开发板（3）上的插座（2）和可拆卸连接于插座（2）上的 FPGA 芯片（1），开发板（3）上设有与插座（2）封装形式相对应的焊盘，插座（2）焊接在所述焊盘上 ；插座（2）上设有与 FPGA芯片（1）的锡球相对应的管脚（5），管脚（5）上端与 FPGA 芯片（1）的锡球相连，下端与开发板（3）上的走线相连接，FPGA 芯片（1）通过插座（2）的管脚（5）实现与开发板（3）上各元件的电连接；所述开发板（3）上还设有 Flash 芯片、FRAM 芯片、DDR3 芯片、PROM 芯片、晶振芯片、电源转换芯片、串口芯片、USB 芯片、拨码开关、复位按键、LED 指示灯、JTAG 接口、串口、USB口、对外预留接口，所述芯片均通过开发板（3）上的走线与插座（2）的管脚（5）相连；所述FPGA 芯片（1）通过锁紧装置（4）实现与插座（2）的可拆卸连接，锁紧装置（4）使 FPGA芯片（1）的锡球与插座（2）的管脚（5）紧紧压接在一起，实现与开发板（3）的连通；所述锁紧装置（4）为夹捏式接触装置，由应力簧片作为弹性元件提供接触动力，引导插座（2）的管脚（5）去压接 FPGA 芯片（1）的锡球。
2.根据权利要求 1 所述的 FPGA可拆装且高速运行的验证开发板，其特征在于 ：所述插座（2）的管脚（5）在数量、间距和排列方式上与 FPGA 芯片（1）的锡球相一致。
3.根据权利要求2所述的FPGA可拆装且高速运行的验证开发板，其特征在于 ：所述插座（2）内含1156个间距为1.0mm的管脚（5），采用34＊34的方阵排列，用于固定锡球直径为0.6mm±0.1mm 的 BGA 封装的 FPGA 芯片。
4.根据权利要求 3所述的 FPGA 可拆装且高速运行的验证开发板，其特征在于：所述FPGA 芯片（1）型号为 Virtex-5 XC5VLX155，封装为 FFG1153。
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