Microsemi 评估方案MPF300EVALKIT.docx

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Microsemi评估方案MPF300EVALKIT

MicrosemiPolarFireFPGA评估方案MPF300－EVAL－KIT

Microsemi公司的PolarFireFPGA是业界最低功耗的中等密度FPGA,具有高达500K逻辑单元和12.7G收发器,极好的安全性和可靠性.其功耗比同类产品要低50%,特别适合各种应用如有线接入网络,峰窝架构,国防和民用航空市场以及工业自动化和物联网（IoT）.PolarFire™FPGA采用28nm非易失工艺技术,是Microsemi公司第五代非易失FPGA,内置了低功耗双路PCIExpressGen2（EP/RP）,集成了低功耗加密协处理器.PolarFire™FPGA主要特性别包括高达481K逻辑单元,包括4输入查找表（LUT）和可分离的D型触发器,内置了单误差修正双误差检测（SECDED）的20kb双路或双端口大型静态随机存储器（LSRAM）区块,64x12双端口μRAM驱块,有预加法,48位累加器和选择16deepx18系数的18x18数学区块,高速串行连接有多个多吉比特多协议收发器,速率从250Mbps到12.7Gbps;器件还集成了双路PCIe,高速I/O（HSIO）支持高达1600MbpsDDR4,1333MbpsDDR3L,和1333Mbps,具有I/O数字的LPDDR3/DDR3,通用I/O（GPIO）支持3.3V,内置的CDR用于串行吉比特以太网,1067MbpsDDR3和1600MbpsLVDSI/O.PolarFireFPGA工作电压1.0V和1.05V,使用户在功率和性能找到平衡点,以满足应用的需求.商业工作温度0℃到100℃,工业工作温度–40℃到100℃.本文介绍了PolarFireFPGA主要特性,架构图和PolarFire评估板FPGAMPF300-EVAL-KIT主要特性,元件表,框图,电路图和PCB设计图.

PolarFireFPGAsdeliverupto500Klogicelements,12.7Gtransceiversat50%lowerpower.

Award-winningPolarFireFPGAsdelivertheindustry’s lowestpoweratmid-rangedensitieswithexceptionalsecurityandreliability.Theproductfamilyspansfrom100Klogicelements（LEs）to500KLEs,features12.7Gtransceiversandoffersupto50%lowerpowerthancompetingmid-rangeFPGAs. Thedevicesareidealforawiderangeofapplicationswithinwirelineaccessnetworksandcellularinfrastructure,defenseandcommercialaviationmarkets,aswellasindustrialautomationandIoTmarkets.Getstartedwithyourdesigntodaybydownloadingthe LiberoSoCPolarFire DesignSuite andorderingaPolarFiredevelopmentkitthatbestmatchesyourneeds.

PolarFire™FPGAsarethefifth-generationfamilyofnon-volatileFPGAdevicesfromMicrosemi,builtonstate-of-the-art28nmnon-volatileprocesstechnology.Cost-optimizedPolarFireFPGAsdeliverthelowestpoweratmid-rangedensities.PolarFireFPGAslowerthecostofmid-rangeFPGAsbyintegratingtheindustry’slowestpowerFPGAfabric,lowestpower12.7Gbpstransceiverlane,built-inlowpowerdualPCIExpressGen2（EP/RP）,and,onselectdatasecurity（S）devices,anintegratedlow-powercryptoco-processor.PolarFireFPGAscanoperateat1.0Vand1.05V,offeringtheendusertheabilitytotradeoffpowerandperformancetomatchtheapplicationrequirements.

ThisdocumentdescribesthefeaturesoftheproductionPolarFireFPGAextendedcommercial（0℃to100℃）andindustrial（–40℃to100℃）deviceofferings.Pleaserefertothedatasheetforcurrentsiliconstatusandelectricalcharacteristics.

PolarFireFPGA主要特性:

Upto481Klogicelementsconsistingofa4-inputlook-uptable（LUT）withafractureableD-typeflipflop

20Kbdual-ortwo-portlargestaticrandomaccessmemory（LSRAM）blockwithbuilt-insingleerrorcorrectdoubleerrordetect（SECDED）

64×12two-portμRAMblockimplementedasanarrayoflatches

18×18mathblockwithapre-adder,a48-bitaccumulator,andanoptional16deepx18coefficientROM

Built-inμPROM,modifiableatprogramtime,readableatruntimeforuserdatastorage

High-speedserialconnectivitywithbuilt-inmulti-gigabitmulti-protocoltransceiversfrom250Mbpsto12.7Gbps

IntegrateddualPCIeforupto×4Gen2endpoint（EP）androotport（RP）designs

High-speedI/O（HSIO）supportingupto1600MbpsDDR4,1333MbpsDDR3L,and1333Mbps

LPDDR3/DDR3memorieswithintegratedI/Odigital

GeneralpurposeI/O（GPIO）supporting3.3V,built-inCDRforserialgigabitEthernet,1067MbpsDDR3,and1600MbpsLVDSI/OspeedwithintegratedI/Odigitallogic

Low-powerphase-lockedloops（PLLs）anddelay-lockedloops（DLLs）forhighprecisionandlow-jitter

1.0Vand1.05Voperatingmodes

PolarFireFPGA低功耗特性:

Lowdevicestaticpower

Lowinrushcurrent

Lowpowertransceivers

PolarFireFPGA可靠性特性:

FPGAconfigurationcellssingleeventupset（SEU）immune

Built-inSECDEDandmemoryinterleavingonLSRAMs

Systemcontrollersuspendmodeforsafety-criticaldesigns

PolarFireFPGA安全特性:

CryptographyResearchIncorporated（CRI）-patenteddifferentialpoweranalysis（DPA）bitstreamprotection

Integratedphysicallyunclonablefunction（PUF）

56KBytesofsecurenon-volatilememory（sNVM）

Built-intamperdetectorsandcountermeasures

DigestintegritycheckforFPGA,μPROM,andsNVM

DatasecurityfeaturesinSdevices—truerandomnumbergenerator,integratedAthenaTeraFire

EXP5200BCryptoCoprocessor,suiteBcapable,andCRIDPAcountermeasurepass-throughlicense

图1.PolarFireFPGA架构图

PolarFire评估板FPGAMPF300-EVAL-KIT

Microsemi’sPolarFire EvaluationKitoffershigh-performanceevaluationacrossabroadclassofapplications.Thiskitisideallysuitedforhigh-speedtransceiverevaluation,10GbEthernet,IEEE1588,JESD204B,SyncE,CPRIandmore.Thekitconnectionsincludeahighpincount（HPC）FPGAmezzaninecard（FMC）,numerousSMAs,PCIe,DualGigabitEthernetRJ45,SFP+andUSB.A300Klogicelement（LE）PolarFire FPGAwithDDR4,DDR3,andSPI-flashallowabroadclassofhigh-performancedesignstobedeveloped.

TheMicrosemiPolarFire™FPGAEvaluationKit（MPF300-EVAL-KIT）,whichisRoHS-compliant,enablesyoutoevaluatethePolarFirefamilyofFPGAswithsupportforthefollowinginterfaces:

•PCIExpressGen1andGen2

•1GbE

•DDR3andDDR4memory

•FMCHPCwith8Transceiverlanes

•1Full-DuplexTransceiverSMAs

•SFP+Cage

•UARTInterfacetoFTDIdevice

•SPIInterfacetoSPIFlashdevice

PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT包括:

图2.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT框图

ThePolarFireEvaluationBoardfeaturesthePolarFireMPF300TS-1FCG1152IFPGA.Thedevicehasthefollowingcapabilities:

•20Kbdual-portortwo-portlargestaticrandomaccessmemory（LSRAM）blockwithabuilt-insingleerrorcorrectdoubleerrordetect（SECDED）

•64×12two-portμSRAMblockimplementedasanarrayoflatches

•18×18MultiplyAccumulate（MACC）blockwithapre-adder,a48-bitaccumulator,andanoptional16deep×18coefficientRO

•Built-inμPROM,modifiableatprogramtime,readableatruntimeforuserdatastorage

•DigestintegritycheckforFPGA,μPROM,andsNVM

•Low-powerfeatures:

•Lowdevicestaticpower

•Lowinrushcurrent

•Lowpowertransceivers

•UniqueFlash*Freeze（F*F）mode

•High-performancecommunicationinterfaces

ThePolarFireEvaluationBoardhasseveralstandardinterfaces,including:

•VSC8575withtwoRJ45connectorfor101001000MbpsEthernet

•8Full-DuplexTransceiverlanesconnectedthroughFMCconnector

•FMCHPCconnector

•DDR3memory

•DDR4memory

•PowerSequenceandmonitorchip

•x4LanePCIeEdgeconnector

•SFP+connector

•TwoSPIFlashdevices

PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT硬件特性:

300KLEPolarFire FPGAinanFCG1152Package（MPF300TS-1FCG1152I）

HPCFMCConnector

1xSFP+Cage

IEEE1588PLLsandSoftware

SMAconnectorsfortestingoffull-duplex12.7GbpsSERDESchannel

4GBDDR4x32and2GBDDR3x16

PCIExpress（x4）EdgeConnector

2xRJ45for10/100/1000EthernetusingSGMIIonGPIO

Dual10/100/1000BASE-TPHY（VSC8575）forSyncEand1588application

SATAInterface

PowerManagementUnitfor1or1.05vPolarFireFPGAcorevoltage

USBtoUARTInterface

EmbeddedprogramminganddebuggingusingSPIandJTAG

On-boardPowerMonitoring

2x1GbSPIFlashMemory

PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT元件表:

图4.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图

（1）

图5.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图

（2）

图6.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（3）

图7.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（4）

图8.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（5）

图9.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（6）

图10.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（7）

图11.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（8）

图12.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（9）

图13.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（10）

图14.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（11）

图15.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（12）

图16.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（13）

图17.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（14）

图18.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（15）

图19.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（16）

图20.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（17）

图21.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（18）

图22.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（19）

图23.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（20）

图24.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（21）

图25.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（22）

图26.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（23）

图27.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（24）

图28.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（25）

图29.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（26）

图30.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（27）

图31.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（28）

图32.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（29）

图33.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（30）

图34.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（31）

图35.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（32）

图36.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（33）

图37.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（34）

图38.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（35）

图39.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（36）

图40.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（37）

图41.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（38）

图42.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（39）

图43.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（40）

图44.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KIT电路图（41）

图45.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KITPCB设计图

（1）:

顶层丝印

图46.PolarFire评估板MPF300-EVAL-KITPCB设计图

（2）:

底层丝印