外观
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芯驿电子科技(上海)有限公司 基于AMD KINTEX-7开发平台的开发板(型号:AV7K300)2020款正式发布了正式发布了,为了让您对此开发平台可以快速了解,我们编写了此用户手册。
这款KINTEX-7 FPGA开发平台采用核心板加扩展板的模式,方便用户对核心板的二次开发利用。核心板使用AMD的KINTEX-7芯片XC7K325的解决方案,含挂载了4片512MB的高速DDR3 SDRAM芯片和1片128Mb的QSPI FLASH芯片。
在底板设计上我们为用户扩展了丰富的外围接口,比如1个PCIex8 接口、4路光纤接口、2路SDI输出接口、2路SDI输入接口、1路UART串口接口、1路SD卡接口、2个40针扩展接口等等。满足用户各种高速数据交换,数据存储,视频传输处理以及工业控制的要求,是一款"专业级“的FPGA开发平台。为高速数据传输和交换,数据处理的前期验证和后期应用提供了可能。相信这样的一款产品非常适合从事FPGA开发的学生、工程师等群体。

图0-1-1 AV7K300开发板
一、开发板
在这里,对这款KINTEX-7 AV7K300开发平台进行简单的功能介绍。
开发板的整个结构,继承了我们一贯的核心板+扩展板的模式来设计的。核心板和扩展板之间使用高速板间连接器连接。
核心板主要由XC7K325 + 4个DDR3 + QSPI FLASH的最小系统构成。采用AMD公司的KINTEX-7系列的芯片,型号为XC7K325TFFG900。在FPGA芯片的HP端口上连接了4片DDR3存储芯片,每片DDR3容量高达512M字节,组成64位的数据带宽。1个128Mb的QSPI FLASH用来静态存储FPGA芯片的配置文件或者其它用户数据。
底板为核心板扩展了丰富的外围接口,其中包含1个PCIex8接口、4路光纤接口、2路SDI输出接口、2路SDI输出接口、1路UART串口接口、1路SD卡接口、2个40针扩展接口和一些按键LED。
下图为整个开发系统的结构示意图:

图1-1-1 AV7K300开发板结构图
通过这个示意图,我们可以看到,我们这个开发平台所能含有的接口和功能。
- FPGA核心板
由XC7K325 + 4个DDR3 + QSPI FLASH的最小系统组成,另外有两个晶振提供时钟,一个单端200MHz晶振提供给FPGA逻辑的DDR控制参考时钟,另外一个差分125MHz晶振提供给GTX收发器参考时钟。
- PCIe x8接口
支持PCI Express 2.0标准,提供标准的PCIe x8高速数据传输接口,单通道通信速率可高达5GBaud。
- 4路SFP光纤接口
XC7K325的GTX收发器的4路高速收发器连接到4个光模块的发送和接收,实现4路高速的光纤通信接口。每路的光纤数据通信接收和发送的速度高达10Gb/s。
- SDI视频输出
2路SDI视频输出接口,我们选用了SEMTECH公司的GV8500 SDI驱动器芯片,支持不同格式的数据输出HDcctv 1.0, HD-SDI(ST 292), 3G_SDI(ST-424)和SD_SDI(ST259)。
- SDI视频输入
2路SDI视频输入接口,我们选用了SEMTECH公司的GV8601 SDI均衡器芯片,支持不同格式的数据输入HDcctv 1.0, HD-SDI(ST 292), 3G_SDI(ST-424)和SD_SDI(ST259)。输入接口自适应三种速率的视频接收。
- USB Uart接口
1路Uart转USB接口,用于和电脑通信,方便用户调试。串口芯片采用Silicon Labs CP2102GM的USB-UAR芯片, USB接口采用MINI USB接口。
- Micro SD卡座
1路Micro SD卡座,用于存储操作系统镜像和文件系统。
- 40针扩展口
2个40针2.54mm间距的扩展口,可以外接黑金的各种模块(双目摄像头,TFT LCD屏,高速AD模块等等)。扩展口包含5V电源1路,3.3V电源2路,地3路,IO口34路。
- JTAG调试口
1个10针2.54mm标准的JTAG口,用于FPGA程序的下载和调试,用户可以通过AMD下载器对FPGA系统进行调试和下载。
- LED灯
7个发光二极管LED, 核心板上2个,底板上7个。核心板上1个电源指示灯;1个DONE配置指示灯。底板上有1个电源指示灯,4个用户指示灯和2个串口指示灯。
- 按键
底板上4个用户按键。
二、AC7K325B 核心板
简介
AC7K325B(核心板型号,下同)核心板,FPGA芯片是基于AMD公司的XC7K325系列的XC7K325TFFG900。核心板使用了4片Micron的512MB的DDR3芯片MT41J256M16HA-125,总的容量达2GB。另外核心板上也集成了1片128MBit大小的QSPI FLASH,用于启动存储配置和系统文件。
这款核心板的4个板对板连接器扩展出了276个IO,其中BANK17和BANK18的92个IO的电平可以通过更换核心板上的LDO芯片来修改,满足用户不用电平接口的要求;另外核心板也扩展出了16对高速收发器GTX接口。对于需要大量IO的用户,此核心板将是不错的选择。而且IO连接部分,FPGA芯片到接口之间走线做了等长和差分处理,并且核心板尺寸仅为80*60(mm),对于二次开发来说,非常适合。

图2-1-1 AC7K325B核心板正面图
FPGA芯片
核心板使用的是AMD公司的KINTEX-7 FPGA芯片,型号为XC7K325T-2FFG900I。速度等级为2,温度等级为工业级。此型号为FGG900封装,900个引脚,引脚间距为1.0mm。AMD KINTEX-7 FPGA的芯片命名规则如下图2-2-1所示:

图2-2-1 KINTEX-7 FPGA型号命名规则定义
图2-2-2为开发板所用的XC7K325T芯片实物图。

图2-2-2 KINTEX-7 FPGA芯片实物
其中FPGA芯片XC7K325T的主要参数如下所示:
| 名称 | 具体参数 |
|---|---|
| 逻辑单元Logic Cells | 326,080 |
| 查找表(Slices) | 50,950 |
| 触发器(CLB flip-flops) | 407,600 |
| Block RAM(kb)大小 | 16,020 |
| DSP处理单元(DSP48 Slices) | 840 |
| PCIe Gen2 | 1 |
| 模数转换/XADC | 1个12bit, 1Mbps AD |
| GTP Transceiver | 16个,12.5Gb/s max |
| 速度等级 | -2 |
| 温度等级 | 工业级 |
表2-2-1 芯片参数
DDR3 DRAM
AC7K325B核心板上配有四片Micron(美光)的512MB的DDR3芯片,型号为MT41K256M16HA-125(兼容MT41J256M16HA-125)。4片DDR3 SDRAM组成64bit的总线宽度。因为4片DDR3芯片连接到FPGA的HP口,DDR3 SDRAM的最高运行速度可达800MHz(数据速率1600Mbps),4片DDR3存储系统直接连接到了FPGA的BANK32, BANK33,BANK34的接口上。DDR3 SDRAM的具体配置如下表2-3-1所示。
| 位号 | 芯片型号 | 容量 | 厂家 |
|---|---|---|---|
| U3,U4,U6,U7 | MT41K256M16HA-125 或MT41J256M16HA-125 | 256M x 16bit | Micron |
表2-3-1 DDR3 SDRAM配置
DDR3的硬件设计需要严格考虑信号完整性,我们在电路设计和PCB设计的时候已经充分考虑了匹配电阻/终端电阻,走线阻抗控制,走线等长控制, 保证DDR3的高速稳定的工作。
FPGA和DDR3 DRAM的硬件连接方式如图2-3-1所示:

图2-3-1 DDR3 DRAM原理图部分
4片DDR3 DRAM引脚分配:
| 信号名称 | FPGA引脚名 | FPGA引脚号 |
|---|---|---|
| DDR3_D0 | IO_L13P_T2_MRCC_32 | AD18 |
| DDR3_D1 | IO_L16N_T2_32 | AB18 |
| DDR3_D2 | IO_L14P_T2_SRCC_32 | AD17 |
| DDR3_D3 | IO_L17P_T2_32 | AB19 |
| DDR3_D4 | IO_L14N_T2_SRCC_32 | AD16 |
| DDR3_D5 | IO_L17N_T2_32 | AC19 |
| DDR3_D6 | IO_L13N_T2_MRCC_32 | AE18 |
| DDR3_D7 | IO_L18P_T2_32 | AB17 |
| DDR3_D8 | IO_L8P_T1_32 | AG19 |
| DDR3_D9 | IO_L7N_T1_32 | AK19 |
| DDR3_D10 | IO_L10P_T1_32 | AD19 |
| DDR3_D11 | IO_L7P_T1_32 | AJ19 |
| DDR3_D12 | IO_L11P_T1_SRCC_32 | AF18 |
| DDR3_D13 | IO_L8N_T1_32 | AH19 |
| DDR3_D14 | IO_L10N_T1_32 | AE19 |
| DDR3_D15 | IO_L11N_T1_SRCC_32 | AG18 |
| DDR3_D16 | IO_L1N_T0_32 | AK15 |
| DDR3_D17 | IO_L5N_T0_32 | AJ17 |
| DDR3_D18 | IO_L2N_T0_32 | AH15 |
| DDR3_D19 | IO_L4P_T0_32 | AF15 |
| DDR3_D20 | IO_L4N_T0_32 | AG14 |
| DDR3_D21 | IO_L5P_T0_32 | AH17 |
| DDR3_D22 | IO_L2P_T0_32 | AG15 |
| DDR3_D23 | IO_L1P_T0_32 | AK16 |
| DDR3_D24 | IO_L19P_T3_32 | AE15 |
| DDR3_D25 | IO_L24P_T3_32 | Y16 |
| DDR3_D26 | IO_L22P_T3_32 | AC14 |
| DDR3_D27 | IO_L20P_T3_32 | AA15 |
| DDR3_D28 | IO_L23P_T3_32 | AA17 |
| DDR3_D29 | IO_L22N_T3_32 | AD14 |
| DDR3_D30 | IO_L23N_T3_32 | AA16 |
| DDR3_D31 | IO_L20N_T3_32 | AB15 |
| DDR3_D32 | IO_L22N_T3_34 | AK6 |
| DDR3_D33 | IO_L23P_T3_34 | AJ8 |
| DDR3_D34 | IO_L22P_T3_34 | AJ6 |
| DDR3_D35 | IO_L19P_T3_34 | AF8 |
| DDR3_D36 | IO_L24N_T3_34 | AK4 |
| DDR3_D37 | IO_L23N_T3_34 | AK8 |
| DDR3_D38 | IO_L24P_T3_34 | AK5 |
| DDR3_D39 | IO_L20N_T3_34 | AG7 |
| DDR3_D40 | IO_L10P_T1_34 | AE4 |
| DDR3_D41 | IO_L8N_T1_34 | AF1 |
| DDR3_D42 | IO_L11P_T1_SRCC_34 | AE5 |
| DDR3_D43 | IO_L8P_T1_34 | AE1 |
| DDR3_D44 | IO_L12P_T1_MRCC_34 | AF6 |
| DDR3_D45 | IO_L10N_T1_34 | AE3 |
| DDR3_D46 | IO_L11N_T1_SRCC_34 | AF5 |
| DDR3_D47 | IO_L7N_T1_34 | AF2 |
| DDR3_D48 | IO_L13P_T2_MRCC_34 | AH4 |
| DDR3_D49 | IO_L16N_T2_34 | AJ2 |
| DDR3_D50 | IO_L14N_T2_SRCC_34 | AH5 |
| DDR3_D51 | IO_L13N_T2_MRCC_34 | AJ4 |
| DDR3_D52 | IO_L16P_T2_34 | AH2 |
| DDR3_D53 | IO_L17N_T2_34 | AK1 |
| DDR3_D54 | IO_L14P_T2_SRCC_34 | AH6 |
| DDR3_D55 | IO_L17P_T2_34 | AJ1 |
| DDR3_D56 | IO_L2P_T0_34 | AC2 |
| DDR3_D57 | IO_L4P_T0_34 | AC5 |
| DDR3_D58 | IO_L1N_T0_34 | AD3 |
| DDR3_D59 | IO_L6P_T0_34 | AC7 |
| DDR3_D60 | IO_L5N_T0_34 | AE6 |
| DDR3_D61 | IO_L5P_T0_34 | AD6 |
| DDR3_D62 | IO_L2N_T0_34 | AC1 |
| DDR3_D63 | IO_L4N_T0_34 | AC4 |
| DDR3_DM0 | IO_L16P_T2_32 | AA18 |
| DDR3_DM1 | IO_L12P_T1_MRCC_32 | AF17 |
| DDR3_DM2 | IO_L6P_T0_32 | AE16 |
| DDR3_DM3 | IO_L24N_T3_32 | Y15 |
| DDR3_DM4 | IO_L20P_T3_34 | AF7 |
| DDR3_DM5 | IO_L7P_T1_34 | AF3 |
| DDR3_DM6 | IO_L18P_T2_34 | AJ3 |
| DDR3_DM7 | IO_L1P_T0_34 | AD4 |
| DDR3_DQS0_P | IO_L15P_T2_DQS_32 | Y19 |
| DDR3_DQS0_N | IO_L15N_T2_DQS_32 | Y18 |
| DDR3_DQS1_P | IO_L9P_T1_DQS_32 | AJ18 |
| DDR3_DQS1_N | IO_L9N_T1_DQS_32 | AK18 |
| DDR3_DQS2_P | IO_L3P_T0_DQS_32 | AH16 |
| DDR3_DQS2_N | IO_L3N_T0_DQS_32 | AJ16 |
| DDR3_DQS3_P | IO_L21P_T3_DQS_32 | AC16 |
| DDR3_DQS3_N | IO_L21N_T3_DQS_32 | AC15 |
| DDR3_DQS4_P | IO_L21P_T3_DQS_34 | AH7 |
| DDR3_DQS4_N | IO_L21N_T3_DQS_34 | AJ7 |
| DDR3_DQS5_P | IO_L9P_T1_DQS_34 | AG4 |
| DDR3_DQS5_N | IO_L9N_T1_DQS_34 | AG3 |
| DDR3_DQS6_P | IO_L15P_T2_DQS_34 | AG2 |
| DDR3_DQS6_N | IO_L15N_T2_DQS_34 | AH1 |
| DDR3_DQS7_P | IO_L3P_T0_DQS_34 | AD2 |
| DDR3_DQS7_N | IO_L3N_T0_DQS_34 | AD1 |
| DDR3_A0 | IO_L1P_T0_33 | AA12 |
| DDR3_A1 | IO_L1N_T0_33 | AB12 |
| DDR3_A2 | IO_L2P_T0_33 | AA8 |
| DDR3_A3 | IO_L2N_T0_33 | AB8 |
| DDR3_A4 | IO_L3P_T0_DQS_33 | AB9 |
| DDR3_A5 | IO_L3N_T0_DQS_33 | AC9 |
| DDR3_A6 | IO_L6N_T0_VREF_33 | AB13 |
| DDR3_A7 | IO_L4N_T0_33 | Y10 |
| DDR3_A8 | IO_L5P_T0_33 | AA11 |
| DDR3_A9 | IO_L5N_T0_33 | AA10 |
| DDR3_A10 | IO_L6P_T0_33 | AA13 |
| DDR3_A11 | IO_L8P_T1_33 | AD8 |
| DDR3_A12 | IO_L7P_T1_33 | AB10 |
| DDR3_A13 | IO_L7N_T1_33 | AC10 |
| DDR3_A14 | IO_L15P_T2_DQS_33 | AJ9 |
| DDR3_BA0 | IO_L8N_T1_33 | AE8 |
| DDR3_BA1 | IO_L9P_T1_DQS_33 | AC12 |
| DDR3_BA2 | IO_L9N_T1_DQS_33 | AC11 |
| DDR3_WE | IO_L10P_T1_33 | AD9 |
| DDR3_RAS | IO_L10N_T1_33 | AE9 |
| DDR3_CAS | IO_L11P_T1_SRCC_33 | AE11 |
| DDR3_S0 | IO_L11N_T1_SRCC_33 | AF11 |
| DDR3_CKE0 | IO_L12P_T1_MRCC_33 | AD12 |
| DDR3_ODT | IO_L12N_T1_MRCC_33 | AD11 |
| DDR3_CLK0_P | IO_L13P_T2_MRCC_33 | AG10 |
| DDR3_CLK0_N | IO_L13N_T2_MRCC_33 | AH10 |
| DDR3_RESET | IO_L4P_T0_33 | Y11 |
表2-3-2 DDR3 SDRAM引脚分配
QSPI Flash
核心板配有一片128MBit大小的Quad-SPI FLASH芯片,型号为N25Q128A,它使用3.3V CMOS电压标准。由于QSPI FLASH的非易失特性,在使用中, 它可以存储FPGA的配置Bin文件以及其它的用户数据文件。QSPI FLASH的具体型号和相关参数见表2-4-1。
| 位号 | 芯片类型 | 容量 | 厂家 |
|---|---|---|---|
| U14 | N25Q128A | 128Mbit | Numonyx |
表2-4-1 QSPI Flash的型号和参数
QSPI FLASH连接到FPGA芯片的BANK0和BANK14的专用管脚上,其中时钟管脚连接到BANK0的CCLK0上,其它数据和片选信号分别连接到BANK14的D00~D03和FCS管脚上。图2-4-1为QSPI Flash和FPGA芯片的连接示意图。

图5-1 QSPI Flash连接示意图
配置芯片引脚分配:
| 信号名称 | FPGA引脚名 | FPGA引脚号 |
|---|---|---|
| FPGA_CCLK | CCLK_0 | B10 |
| FLASH_CE_B | IO_L6P_T0_FCS_B_14 | U19 |
| FLASH_D0 | IO_L1P_T0_D00_MOSI_14 | P24 |
| FLASH_D1 | IO_L1N_T0_D01_DIN_14 | R25 |
| FLASH_D2 | IO_L2P_T0_D02_14 | R20 |
| FLASH_D3 | IO_L2N_T0_D03_14 | R21 |
表2-4-2 QSPI Flash引脚分配
时钟配置
核心板上为FPGA系统提供了200Mhz和125Mhz的差分有源时钟。分别为FPGA逻辑部分和高速收发器GTX部分提供差分时钟源。时钟电路设计的示意图如下图2-5-1所示:

图2-5-1 核心板时钟源
FPGA系统时钟源
板上提供了一个差分200MHz的FPGA系统时钟源,用于DDR3控制器的参考时钟。晶振输出连接到FPGA BANK33的全局时钟(MRCC),这个全局时钟可以用来驱动FPGA内的DDR3控制器和用户逻辑电路。该时钟源的原理图如图2-5-2所示

图2-5-2 系统时钟源
时钟引脚分配:
| 信号名称 | FPGA引脚 |
|---|---|
| SYS_CLK_P | AE10 |
| SYS_CLK_N | AF10 |
表2-5-1 系统时钟引脚分配
GTX参考时钟
核心板上为GTX收发器提供了125Mhz的参考时钟。参考时钟连接到BANK117的参考时钟输入REFCLK1P/REFCLK1N。该时钟源的原理图如图2-5-3所示

图2-5-3 GTX时钟源
GTX时钟源FPGA引脚分配:
| 信号名称 | FPGA引脚 |
|---|---|
| BANK117_CLK1_P | J8 |
| BANK117_CLK1_N | J7 |
表2-5-2 GTX时钟源引脚分配
LED 灯
AC7K325B核心板上有2个红色LED灯,其中1个是电源指示灯(PWR),1个是配置LED灯(DONE)。电源指示灯会亮起;当FPGA 配置程序后,配置LED灯会亮起。LED灯硬件连接的示意图如图2-6-1所示:

图2-6-1 核心板LED灯硬件连接示意图
电源
AC7K325B核心板供电电压为DC5V,通过连接底板供电。板上的电源设计示意图如下图2-7-1所示:

图2-7-1 原理图中电源接口部分
+5V通过DCDC电源芯片MYMGK1R820FRSR产生+1.0V的FPGA核心电源,输出电流高达20A,远远满足核心电压的电流需求。+5V电源再通过DCDC芯片ETA1471来产生+1.5V,+3.3V,+1.8V,+1.5V, MGTAVTT五路电源。GTX收发器使用的+1.0V由DCDC芯片ETA8156产生,另外通过一个LDO芯片SPX3819-1-8产生GTX的辅助电源+1.8V。DDR3的VTT和VREF电压由TPS51200来产生。另外通过2路SPX3819M5-3-3产生BANK17和BANK18的IO电源,用户可以通过更换LDO芯片,使得这两个BANK的IO输入输出为其它的电压标准。
因为FPGA的电源有上电顺序的要求,在电路设计中,我们已经按照芯片的电源要求设计,上电依次为+1.0V->+1.8V->(+1.5 V、+3.3V、VCCIO17,VCCIO18)的电路设计,保证芯片的正常工作。
结构图

图2-8-1 正面图(Top View)
连接器管脚定义
核心板一共扩展出4个高速扩展口,使用4个120Pin的板间连接器(J29~J32)和底板连接,连接器使用松下的AXK5A2137YG,对应底板的连接器型号为AXK6A2337YG。其中J29连接GTX的收发器信号,J30连接JTAG和BANK17,BANK18的IO, J31连接BANK15,BANK15的IO,J32连接BANK12和BANK13的IO和+5V电源。
J29连接器的引脚分配
| J29管脚 | 信号名称 | FPGA引脚号 | J29管脚 | 信号名称 | FPGA引脚号 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | BANK115_TX0_N | Y1 | 2 | BANK115_RX0_N | AA3 |
| 3 | BANK115_TX0_P | Y2 | 4 | BANK115_RX0_P | AA4 |
| 5 | GND | - | 6 | GND | - |
| 7 | BANK115_TX1_N | V1 | 8 | BANK115_RX1_N | Y5 |
| 9 | BANK115_TX1_P | V2 | 10 | BANK115_RX1_P | Y6 |
| 11 | GND | - | 12 | GND | - |
| 13 | BANK115_TX2_N | U3 | 14 | BANK115_RX2_N | W3 |
| 15 | BANK115_TX2_P | U4 | 16 | BANK115_RX2_P | W4 |
| 17 | GND | - | 18 | GND | - |
| 19 | BANK115_TX3_N | T1 | 20 | BANK115_RX3_N | V5 |
| 21 | BANK115_TX3_P | T2 | 22 | BANK115_RX3_P | V6 |
| 23 | GND | - | 24 | GND | - |
| 25 | BANK115_CLK0_N | R7 | 26 | BANK115_CLK1_N | U7 |
| 27 | BANK115_CLK0_P | R8 | 28 | BANK115_CLK1_P | U8 |
| 29 | GND | - | 30 | GND | - |
| 31 | BANK116_TX0_N | P1 | 32 | BANK116_RX0_N | T5 |
| 33 | BANK116_TX0_P | P2 | 34 | BANK116_RX0_P | T6 |
| 35 | GND | - | 36 | GND | - |
| 37 | BANK116_TX1_N | N3 | 38 | BANK116_RX1_N | R3 |
| 39 | BANK116_TX1_P | N4 | 40 | BANK116_RX1_P | R4 |
| 41 | GND | - | 42 | GND | - |
| 43 | BANK116_TX2_N | M1 | 44 | BANK116_RX2_N | P5 |
| 45 | BANK116_TX2_P | M2 | 46 | BANK116_RX2_P | P6 |
| 47 | GND | - | 48 | GND | - |
| 49 | BANK116_TX3_N | L3 | 50 | BANK116_RX3_N | M5 |
| 51 | BANK116_TX3_P | L4 | 52 | BANK116_RX3_P | M6 |
| 53 | GND | - | 54 | GND | - |
| 55 | BANK116_CLK0_N | L7 | 56 | BANK116_CLK1_N | N7 |
| 57 | BANK116_CLK0_P | L8 | 58 | BANK116_CLK1_P | N8 |
| 59 | GND | - | 60 | GND | - |
| 61 | BANK117_TX0_N | K1 | 62 | BANK118_TX0_N | D1 |
| 63 | BANK117_TX0_P | K2 | 64 | BANK118_TX0_P | D2 |
| 65 | GND | - | 66 | GND | - |
| 67 | BANK117_RX0_N | K5 | 68 | BANK118_RX0_N | E3 |
| 69 | BANK117_RX0_P | K6 | 70 | BANK118_RX0_P | E4 |
| 71 | GND | - | 72 | GND | - |
| 73 | BANK117_TX1_N | J3 | 74 | BANK118_TX1_N | C3 |
| 75 | BANK117_TX1_P | J4 | 76 | BANK118_TX1_P | C4 |
| 77 | GND | - | 78 | GND | - |
| 79 | BANK117_RX1_N | H5 | 80 | BANK118_RX1_N | D5 |
| 81 | BANK117_RX1_P | H6 | 82 | BANK118_RX1_P | D6 |
| 83 | GND | - | 84 | GND | - |
| 85 | BANK117_TX2_N | H1 | 86 | BANK118_TX2_N | B1 |
| 87 | BANK117_TX2_P | H2 | 88 | BANK118_TX2_P | B2 |
| 89 | GND | - | 90 | GND | - |
| 91 | BANK117_RX2_N | G3 | 92 | BANK118_RX2_N | B5 |
| 93 | BANK117_RX2_P | G4 | 94 | BANK118_RX2_P | B6 |
| 95 | GND | - | 96 | GND | - |
| 97 | BANK117_TX3_N | F1 | 98 | BANK118_TX3_N | A3 |
| 99 | BANK117_TX3_P | F2 | 100 | BANK118_TX3_P | A4 |
| 101 | GND | - | 102 | GND | - |
| 103 | BANK117_RX3_N | F5 | 104 | BANK118_RX3_N | A7 |
| 105 | BANK117_RX3_P | F6 | 106 | BANK118_RX3_P | A8 |
| 107 | GND | - | 108 | GND | - |
| 109 | BANK117_CLK0_N | G7 | 110 | BANK118_CLK0_N | C7 |
| 111 | BANK117_CLK0_P | G8 | 112 | BANK118_CLK0_P | C8 |
| 113 | GND | - | 114 | GND | - |
| 115 | 116 | BANK118_CLK1_N | E7 | ||
| 117 | 118 | BANK118_CLK1_P | E8 | ||
| 119 | GND | - | 120 | GND | - |
表2-9-1 J29连接器引脚分配
J30连接器的引脚分配
| J30管脚 | 信号名称 | FPGA引脚号 | J30管脚 | 信号名称 | FPGA引脚号 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | B18_L5_P | K14 | 2 | B18_L3_P | L12 |
| 3 | B18_L5_N | J14 | 4 | B18_L3_N | L13 |
| 5 | B18_L6_P | L11 | 6 | B18_L2_P | L15 |
| 7 | B18_L6_N | K11 | 8 | B18_L2_N | K15 |
| 9 | GND | - | 10 | GND | - |
| 11 | B18_L7_P | H15 | 12 | B18_L1_P | L16 |
| 13 | B18_L7_N | G15 | 14 | B18_L1_N | |
| 15 | B18_L8_P | J11 | 16 | B18_L4_P | K13 |
| 17 | B18_L8_N | J12 | 18 | B18_L4_N | J13 |
| 19 | GND | - | 20 | GND | - |
| 21 | B18_L9_P | J16 | 22 | B18_L12_P | G13 |
| 23 | B18_L9_N | H16 | 24 | B18_L12_N | F13 |
| 25 | B18_L16_P | F11 | 26 | B18_L10_P | H11 |
| 27 | B18_L16_N | E11 | 28 | B18_L10_N | H12 |
| 29 | GND | - | 30 | GND | - |
| 31 | B18_L18_P | D11 | 32 | B18_L20_P | E14 |
| 33 | B18_L18_N | C11 | 34 | B18_L20_N | E15 |
| 35 | B18_L15_P | C12 | 36 | B18_L11_P | H14 |
| 37 | B18_L15_N | B12 | 38 | B18_L11_N | G14 |
| 39 | GND | - | 40 | GND | - |
| 41 | B18_L23_P | C15 | 42 | B18_L21_P | D14 |
| 43 | B18_L23_N | B15 | 44 | B18_L21_N | C14 |
| 45 | B18_L17_P | A11 | 46 | B18_L22_P | B13 |
| 47 | B18_L17_N | A12 | 48 | B18_L22_N | A13 |
| 49 | GND | - | 50 | GND | - |
| 51 | B18_L24_P | B14 | 52 | B17_L5_N | L18 |
| 53 | B18_L24_N | A15 | 54 | B17_L5_P | L17 |
| 55 | B18_L19_P | F15 | 56 | B17_L15_P | D16 |
| 57 | B18_L19_N | E16 | 58 | B17_L15_N | C16 |
| 59 | GND | - | 60 | GND | - |
| 61 | B17_L17_P | C17 | 62 | B17_L14_P | E19 |
| 63 | B17_L17_N | B17 | 64 | B17_L14_N | D19 |
| 65 | B17_L1_P | K18 | 66 | B17_L20_P | A16 |
| 67 | B17_L1_N | J18 | 68 | B17_L20_N | A17 |
| 69 | GND | - | 70 | GND | - |
| 71 | B17_L22_N | A18 | 72 | B17_L21_P | A20 |
| 73 | B17_L22_P | B18 | 74 | B17_L21_N | A21 |
| 75 | B17_L8_P | D21 | 76 | B17_L13_P | D17 |
| 77 | B17_L8_N | C21 | 78 | B17_L13_N | D18 |
| 79 | GND | - | 80 | GND | - |
| 81 | B17_L24_P | C19 | 82 | B17_L23_N | A22 |
| 83 | B17_L24_N | B19 | 84 | B17_L23_P | B22 |
| 85 | B17_L18_N | F17 | 86 | B17_L12_P | F20 |
| 87 | B17_L18_P | G17 | 88 | B17_L12_N | E20 |
| 89 | GND | - | 90 | GND | - |
| 91 | B17_L19_N | B20 | 92 | B17_L11_N | E21 |
| 93 | B17_L19_P | C20 | 94 | B17_L11_P | F21 |
| 95 | B17_L10_N | C22 | 96 | B17_L9_N | F22 |
| 97 | B17_L10_P | D22 | 98 | B17_L9_P | G22 |
| 99 | GND | - | 100 | GND | - |
| 101 | B17_L16_N | F18 | 102 | B17_L7_P | H21 |
| 103 | B17_L16_P | G18 | 104 | B17_L7_N | H22 |
| 105 | B17_L2_N | G20 | 106 | B17_L3_N | H17 |
| 107 | B17_L2_P | H20 | 108 | B17_L3_P | J17 |
| 109 | GND | - | 110 | GND | - |
| 111 | B17_L4_N | H19 | 112 | FPGA_TCK | E10 |
| 113 | B17_L4_P | J19 | 114 | FPGA_TMS | F10 |
| 115 | B17_L6_P | K19 | 116 | FPGA_TDO | G10 |
| 117 | B17_L6_N | K20 | 118 | FPGA_TDI | H10 |
| 119 | GND | - | 120 | GND | - |
表2-9-2 J30连接器引脚分配
J31连接器的引脚分配
| J31管脚 | 信号名称 | FPGA引脚号 | J31管脚 | 信号名称 | FPGA引脚号 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | B16_L12_N | B25 | 2 | B16_L8_P | C24 |
| 3 | B16_L12_P | C25 | 4 | B16_L8_N | B24 |
| 5 | B16_L10_N | A26 | 6 | B16_L16_N | C30 |
| 7 | B16_L10_P | A25 | 8 | B16_L16_P | D29 |
| 9 | GND | - | 10 | GND | - |
| 11 | B16_L11_N | C26 | 12 | B16_L7_N | A27 |
| 13 | B16_L11_P | D26 | 14 | B16_L7_P | B27 |
| 15 | B16_L13_N | C27 | 16 | B16_L18_N | E30 |
| 17 | B16_L13_P | D27 | 18 | B16_L18_P | E29 |
| 19 | GND | - | 20 | GND | - |
| 21 | B16_L21_P | G27 | 22 | B16_L14_N | D28 |
| 23 | B16_L21_N | F27 | 24 | B16_L14_P | E28 |
| 25 | B16_L20_N | F28 | 26 | B16_L22_N | F30 |
| 27 | B16_L20_P | G28 | 28 | B16_L22_P | G29 |
| 29 | GND | - | 30 | GND | - |
| 31 | B16_L9_P | B28 | 32 | B16_L5_P | F26 |
| 33 | B16_L9_N | A28 | 34 | B16_L5_N | E26 |
| 35 | B16_L15_P | C29 | 36 | B16_L24_N | G30 |
| 37 | B16_L15_N | B29 | 38 | B16_L24_P | H30 |
| 39 | GND | - | 40 | GND | - |
| 41 | B16_L19_N | H25 | 42 | B16_L23_N | H27 |
| 43 | B16_L19_P | H24 | 44 | B16_L23_P | H26 |
| 45 | B16_L1_N | A23 | 46 | B16_L17_P | B30 |
| 47 | B16_L1_P | B23 | 48 | B16_L17_N | A30 |
| 49 | GND | - | 50 | GND | - |
| 51 | B16_L2_P | E23 | 52 | B16_L3_N | E25 |
| 53 | B16_L2_N | D23 | 54 | B16_L3_P | F25 |
| 55 | B16_L6_N | G24 | 56 | B16_L4_P | E24 |
| 57 | B16_L6_P | G23 | 58 | B16_L4_N | D24 |
| 59 | GND | - | 60 | GND | - |
| 61 | B15_L14_N | L28 | 62 | B15_L7_N | H29 |
| 63 | B15_L14_P | M28 | 64 | B15_L7_P | J29 |
| 65 | B15_L10_N | J26 | 66 | B15_L8_N | J28 |
| 67 | B15_L10_P | K26 | 68 | B15_L8_P | J27 |
| 69 | GND | - | 70 | GND | - |
| 71 | B15_L1_N | J24 | 72 | B15_L24_N | M23 |
| 73 | B15_L1_P | J23 | 74 | B15_L24_P | M22 |
| 75 | B15_L18_N | N26 | 76 | B15_L3_N | K24 |
| 77 | B15_L18_P | N25 | 78 | B15_L3_P | K23 |
| 79 | GND | - | 80 | GND | - |
| 81 | B15_L2_N | L23 | 82 | B15_L21_N | N24 |
| 83 | B15_L2_P | L22 | 84 | B15_L21_P | P23 |
| 85 | B15_L13_P | K28 | 86 | B15_L12_N | K25 |
| 87 | B15_L13_N | K29 | 88 | B15_L12_P | L25 |
| 89 | GND | - | 90 | GND | - |
| 91 | B15_L22_N | P22 | 92 | B15_L20_N | N22 |
| 93 | B15_L22_P | P21 | 94 | B15_L20_P | N21 |
| 95 | B15_L15_N | M30 | 96 | B15_L9_N | K30 |
| 97 | B15_L15_P | M29 | 98 | B15_L9_P | L30 |
| 99 | GND | - | 100 | GND | - |
| 101 | B15_L19_N | N20 | 102 | B15_L5_N | J22 |
| 103 | B15_L19_P | N19 | 104 | B15_L5_P | J21 |
| 105 | B15_L17_N | N30 | 106 | B15_L6_N | L20 |
| 107 | B15_L17_P | N29 | 108 | B15_L6_P | M20 |
| 109 | GND | - | 110 | GND | - |
| 111 | B15_L11_N | L27 | 112 | B15_L16_N | M27 |
| 113 | B15_L11_P | L26 | 114 | B15_L16_P | N27 |
| 115 | B15_L23_N | M25 | 116 | B15_L4_P | L21 |
| 117 | B15_L23_P | M24 | 118 | B15_L4_N | K21 |
| 119 | GND | - | 120 | GND | - |
表2-9-3 J31连接器引脚分配
J32连接器的引脚分配
| J32管脚 | 信号名称 | FPGA引脚号 | J32管脚 | 信号名称 | FPGA引脚号 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | B13_L16_P | AE30 | 2 | B13_L10_N | AB30 |
| 3 | B13_L16_N | AF30 | 4 | B13_L10_P | AB29 |
| 5 | B13_L23_N | AF27 | 6 | B13_L9_P | AD29 |
| 7 | B13_L23_P | AF26 | 8 | B13_L9_N | AE29 |
| 9 | GND | U14 | 10 | GND | U14 |
| 11 | B13_L14_P | AE28 | 12 | B13_L6_P | AA25 |
| 13 | B13_L14_N | AF28 | 14 | B13_L6_N | AB25 |
| 15 | B13_L13_P | AG29 | 16 | B13_L5_N | AB28 |
| 17 | B13_L13_N | AH29 | 18 | B13_L5_P | AA27 |
| 19 | GND | U14 | 20 | GND | U14 |
| 21 | B13_L18_P | AG30 | 22 | B13_L2_N | W28 |
| 23 | B13_L18_N | AH30 | 24 | B13_L2_P | W27 |
| 25 | B13_L21_N | AG28 | 26 | B13_L8_P | Y30 |
| 27 | B13_L21_P | AG27 | 28 | B13_L8_N | AA30 |
| 29 | GND | U14 | 30 | GND | U14 |
| 31 | B13_L15_N | AK30 | 32 | B13_L11_N | AD28 |
| 33 | B13_L15_P | AK29 | 34 | B13_L11_P | AD27 |
| 35 | B13_L17_N | AJ29 | 36 | B13_L7_N | AC30 |
| 37 | B13_L17_P | AJ28 | 38 | B13_L7_P | AC29 |
| 39 | GND | U14 | 40 | GND | U14 |
| 41 | B13_L20_N | AK28 | 42 | B13_L12_N | AC27 |
| 43 | B13_L20_P | AJ27 | 44 | B13_L12_P | AB27 |
| 45 | B13_L22_N | AH27 | 46 | B13_L1_P | Y26 |
| 47 | B13_L22_P | AH26 | 48 | B13_L1_N | AA26 |
| 49 | GND | U14 | 50 | GND | U14 |
| 51 | B13_L24_N | AK26 | 52 | B13_L4_N | Y29 |
| 53 | B13_L24_P | AJ26 | 54 | B13_L4_P | W29 |
| 55 | B13_L19_N | AD26 | 56 | B13_L3_N | AA28 |
| 57 | B13_L19_P | AC26 | 58 | B13_L3_P | Y28 |
| 59 | GND | U14 | 60 | GND | U14 |
| 61 | B12_L12_P | AD23 | 62 | B12_L9_N | AD24 |
| 63 | B12_L12_N | AE24 | 64 | B12_L9_P | AC24 |
| 65 | B12_L16_P | AE25 | 66 | B12_L8_N | AD22 |
| 67 | B12_L16_N | AF25 | 68 | B12_L8_P | AC22 |
| 69 | GND | U14 | 70 | GND | U14 |
| 71 | B12_L13_P | AF22 | 72 | B12_L7_N | AC25 |
| 73 | B12_L13_N | AG23 | 74 | B12_L7_P | AB24 |
| 75 | B12_L18_P | AG25 | 76 | B12_L4_N | AA23 |
| 77 | B12_L18_N | AH25 | 78 | B12_L4_P | AA22 |
| 79 | GND | U14 | 80 | GND | U14 |
| 81 | B12_L15_N | AK25 | 82 | B12_L1_P | Y23 |
| 83 | B12_L15_P | AJ24 | 84 | B12_L1_N | Y24 |
| 85 | B12_L17_N | AK24 | 86 | B12_L2_P | Y21 |
| 87 | B12_L17_P | AK23 | 88 | B12_L2_N | AA21 |
| 89 | GND | U14 | 90 | GND | U14 |
| 91 | B12_L14_N | AH24 | 92 | B12_L6_P | AA20 |
| 93 | B12_L14_P | AG24 | 94 | B12_L6_N | AB20 |
| 95 | B12_L20_N | AH22 | 96 | B12_L10_N | AE21 |
| 97 | B12_L20_P | AG22 | 98 | B12_L10_P | AD21 |
| 99 | GND | U14 | 100 | GND | U14 |
| 101 | B12_L19_N | AF21 | 102 | B12_L3_P | AB22 |
| 103 | B12_L19_P | AF20 | 104 | B12_L3_N | AB23 |
| 105 | B12_L11_N | AF23 | 106 | B12_L5_P | AC20 |
| 107 | B12_L11_P | AE23 | 108 | B12_L5_N | AC21 |
| 109 | GND | - | 110 | GND | - |
| 111 | +5V | - | 112 | +5V | - |
| 113 | +5V | - | 114 | +5V | - |
| 115 | +5V | - | 116 | +5V | - |
| 117 | +5V | - | 118 | +5V | - |
| 119 | +5V | - | 120 | +5V | - |
表2-9-4 J32连接器引脚分配
三、扩展板
简介
通过前面的功能简介,我们可以了解到扩展板部分的功能
- 4路光纤接口
- 1路PCIEx8接口
- 2路支持3G的SDI视频输出接口
- 2路支持3G的SDI视频输入接口
- 1路USB Uart通信接口
- 1路SD卡接口
- 2路40针扩展口
- JTAG调试接口
- 4个独立按键
- 4个用户LED灯
光纤接口
AV7K300扩展板上有4路光纤接口,用户可以购买SFP光模块(市场上1.25G,2.5G,10G光模块)插入到这4个光纤接口中进行光纤数据通信。4路光纤接口分别跟FPGA的BANK117的GTX收发器的4路RX/TX相连接,每路TX发送和RX接收数据速率高达10Gb/s。BANK117的GTX收发器的参考时钟由核心板的125M差分时钟提供。
FPGA和光纤设计示意图如下图3-2-1所示:

图3-2-1 光纤设计示意图
4路光纤接口FPGA引脚分配如下:
| 信号名称 | FPGA引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| SFP1_TX_P | BANK117_TX0_P | K2 | 光模块1数据发送正 |
| SFP1_TX_N | BANK117_TX0_N | K1 | 光模块1数据发送负 |
| SFP1_RX_P | BANK117_RX0_P | K6 | 光模块1数据接收正 |
| SFP1_RX_N | BANK117_RX0_N | K5 | 光模块1数据接收负 |
| SFP2_TX_P | BANK117_TX1_P | J4 | 光模块2数据发送正 |
| SFP2_TX_N | BANK117_TX1_N | J3 | 光模块2数据发送负 |
| SFP2_RX_P | BANK117_RX1_P | H6 | 光模块2数据接收正 |
| SFP2_RX_N | BANK117_RX1_N | H5 | 光模块2数据接收负 |
| SFP3_TX_P | BANK117_TX2_P | H2 | 光模块3数据发送正 |
| SFP3_TX_N | BANK117_TX2_N | H1 | 光模块3数据发送负 |
| SFP3_RX_P | BANK117_RX2_P | G4 | 光模块3数据接收正 |
| SFP3_RX_N | BANK117_RX2_N | G3 | 光模块3数据接收负 |
| SFP4_TX_P | BANK117_TX3_P | F2 | 光模块4数据发送正 |
| SFP4_TX_N | BANK117_TX3_N | F1 | 光模块4数据发送负 |
| SFP4_RX_P | BANK117_RX3_P | F6 | 光模块4数据接收正 |
| SFP4_RX_N | BANK117_RX3_N | F5 | 光模块4数据接收负 |
| BANK117_CLK1_P | BANK117_CLK1_P | J8 | 收发器参考时钟正 |
| BANK117_CLK1_N | BANK117_CLK1_N | J7 | 收发器参考时钟负 |
表3-2-1 光纤引脚分配
PCIe插槽
AV7K300扩展板上有一个PCIe x8的接口, 8对收发器连接到PCIEx8的金手指上,能实现PCIEex8,PCIEex4, PCIex2, PCIex1的数据通信。
PCIe接口的收发信号直接跟FPGA BANK115, BANK116的GTX收发器相连接,8路TX信号和RX信号都是以差分信号方式连接到FPGA的收发器上,单通道通信速率可高达5G bit带宽。
开发板的PCIe接口的设计示意图如下图3-3-1所示,其中TX发送信号用AC耦合模式连接。

图3-3-1 PCIe插槽设计示意图
PCIe x8接口FPGA引脚分配如下:
| 信号名称 | FPGA引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| PCIE_RX0_P | BANK116_RX3_P | M6 | PCIE通道0数据接收正 |
| PCIE_RX0_N | BANK116_RX3_N | M5 | PCIE通道0数据接收负 |
| PCIE_RX1_P | BANK116_RX2_P | P6 | PCIE通道1数据接收正 |
| PCIE_RX1_N | BANK116_RX2_N | P5 | PCIE通道1数据接收负 |
| PCIE_RX2_P | BANK116_RX1_P | R4 | PCIE通道2数据接收正 |
| PCIE_RX2_N | BANK116_RX1_N | R3 | PCIE通道2数据接收负 |
| PCIE_RX3_P | BANK116_RX0_P | T6 | PCIE通道3数据接收正 |
| PCIE_RX3_N | BANK116_RX0_N | T5 | PCIE通道3数据接收负 |
| PCIE_RX4_P | BANK115_RX3_P | V6 | PCIE通道4数据接收正 |
| PCIE_RX4_N | BANK115_RX3_N | V5 | PCIE通道4数据接收负 |
| PCIE_RX5_P | BANK115_RX2_P | W4 | PCIE通道5数据接收正 |
| PCIE_RX5_N | BANK115_RX2_N | W3 | PCIE通道5数据接收负 |
| PCIE_RX6_P | BANK115_RX1_P | Y6 | PCIE通道6数据接收正 |
| PCIE_RX6_N | BANK115_RX1_N | Y5 | PCIE通道6数据接收负 |
| PCIE_RX7_P | BANK115_RX0_P | AA4 | PCIE通道7数据接收正 |
| PCIE_RX7_N | BANK115_RX0_N | AA3 | PCIE通道7数据接收负 |
| PCIE_TX0_P | BANK116_TX3_P | L4 | PCIE通道0数据发送正 |
| PCIE_TX0_N | BANK116_TX3_N | L3 | PCIE通道0数据发送负 |
| PCIE_TX1_P | BANK116_TX2_P | M2 | PCIE通道1数据发送正 |
| PCIE_TX1_N | BANK116_TX2_N | M1 | PCIE通道1数据发送负 |
| PCIE_TX2_P | BANK116_TX1_P | N4 | PCIE通道2数据发送正 |
| PCIE_TX2_N | BANK116_TX1_N | N3 | PCIE通道2数据发送负 |
| PCIE_TX3_P | BANK116_TX0_P | P2 | PCIE通道3数据发送正 |
| PCIE_TX3_N | BANK116_TX0_N | P1 | PCIE通道3数据发送负 |
| PCIE_TX4_P | BANK115_TX3_P | T2 | PCIE通道4数据发送正 |
| PCIE_TX4_N | BANK115_TX3_N | T1 | PCIE通道4数据发送负 |
| PCIE_TX5_P | BANK115_TX2_P | U4 | PCIE通道5数据发送正 |
| PCIE_TX5_N | BANK115_TX2_N | U3 | PCIE通道5数据发送负 |
| PCIE_TX6_P | BANK115_TX1_P | V2 | PCIE通道6数据发送正 |
| PCIE_TX6_N | BANK115_TX1_N | V1 | PCIE通道6数据发送负 |
| PCIE_TX7_P | BANK115_TX0_P | Y2 | PCIE通道7数据发送正 |
| PCIE_TX7_N | BANK115_TX0_N | Y1 | PCIE通道7数据发送负 |
| PCIE_CLK_P | BANK115_CLK0_P | R8 | PCIE通道参考时钟正 |
| PCIE_CLK_N | BANK115_CLK0_N | R7 | PCIE通道参考时钟负 |
| PCIE_PERST | B12_L16_N | AF25 | PCIE板卡的复位信号 |
表3-3-1 PCIe插槽引脚分配
SDI输出接口
底板上有2路SDI输出接口,SDI芯片是选用SEMTECH公司的GV8500 SDI驱动器芯片,支持不同格式的数据输出HDcctv 1.0, HD-SDI(ST 292), 3G_SDI(ST-424)和SD_SDI(ST259)。
其中GV8500芯片的SDI输入信号是直接跟FPGA BANK118的GTX收发器TX相连接,来实现高速的SDI视频输出。GV8500芯片和FPGA的硬件连接示意图如下图3-4-1所示:

图3-4-1 SDI输出接口设计原理图
第一路SDI输出的引脚分配:
| 信号名称 | FPGA引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| SDI1_3G_TXN | BANK118_TX0_N | D1 | SDI输出差分信号负 |
| SDI1_3G_TXP | BANK118_TX0_P | D2 | SDI输出差分信号正 |
| SDI1_SD_HD | B18_L3_N | L13 | SDI转换速率控制 |
表3-4-1 第一路SDI输出接口引脚分配
第二路SDI输出的引脚分配:
| 信号名称 | FPGA引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| SDI2_3G_TXN | BANK118_TX1_N | C3 | SDI输出差分信号负 |
| SDI2_3G_TXP | BANK118_TX1_P | C4 | SDI输出差分信号正 |
| SDI2_SD_HD | B18_L3_P | L12 | SDI转换速率控制 |
表3-4-2 第二路SDI输出接口引脚分配
SDI输入接口
底板上有2路SDI输入接口, 我们选用了SEMTECH公司的GV8601 SDI均衡器芯片,支持不同格式的数据输入HDcctv 1.0, HD-SDI(ST 292), 3G_SDI(ST-424)和SD_SDI(ST259)。输入接口自适应三种速率的视频接收。
其中GV8601芯片的SDI输出信号是直接跟FPGA BANK118的GTX收发器RX相连接,来实现高速的SDI视频输入。GV8601芯片和FPGA的硬件连接示意图如下图3-5-1所示。

图3-5-1 SDI 输入原理图
第一路SDI输入的引脚分配:
| 信号名称 | FPGA引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| SDI1_3G_RXN | BANK118_RX0_N | E3 | SDI输入差分信号负 |
| SDI1_3G_RXP | BANK118_RX0_P | E4 | SDI输入差分信号正 |
表3-5-1 第一路SDI输入接口引脚分配
第二路SDI输入的引脚分配:
| 信号名称 | FPGA引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| SDI2_3G_RXN | BANK118_RX1_N | D5 | SDI输入差分信号负 |
| SDI2_3G_RXP | BANK118_RX1_P | D6 | SDI输入差分信号正 |
表3-5-2 第二路SDI输入接口引脚分配
USB转串口
AV7K300扩展板上配备了一个Uart转USB接口,用于系统调试。转换芯片采用Silicon Labs CP2102GM的USB-UAR芯片, USB接口采用MINI USB接口,可以用一根USB线将它连接到上PC的USB口进行核心板的单独供电和串口数据通信 。
USB Uart电路设计的示意图如下图所示:

图3-6-1 USB转串口示意图
USB转串口的FPGA引脚分配:
| 信号名称 | FPGA引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| UART_RXD | B13_L5_P | AA27 | Uart数据输入 |
| UART_TXD | B13_L2_N | W28 | Uart数据输出 |
表3-6-1 USB转串口引脚分配
SD卡槽
AV7K300底板包含了一个Micro型的SD卡接口,以提供用户访问SD卡存储器,用于用户数据文件。SDIO信号与FPGA的IO信号相连,支持SPI模式和SD模式,使用的SD卡为MicroSD卡。FPGA和SD卡连接器的原理图如下图3-7-1所示。

图3-7-1 SD卡槽原理图
SD卡槽引脚分配
| 信号名称 | FPGA引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| SD_CLK | B13_L6_P | AA25 | SD时钟信号 |
| SD_CMD | B13_L5_N | AB28 | SD命令信号 |
| SD_D0 | B13_L10_P | AB29 | SD数据Data0 |
| SD_D1 | B13_L9_P | AD29 | SD数据Data1 |
| SD_D2 | B13_L9_N | AE29 | SD数据Data2 |
| SD_D3 | B13_L6_N | AB25 | SD数据Data3 |
表3-7-1 SD卡槽引脚分配
40针扩展口
底板预留了2个2.54mm标准间距的40针的扩展口J18,J33,用于连接黑金的各个模块或者用户自己设计的外面电路,扩展口有40个信号,其中,5V电源1路,3.3V电源2路,地3路,IO口34路。扩展口的IO连接的FPGA的IO上,默认为3.3V。
J18扩展口FPGA的引脚分配如下:
| J18管脚 | 信号名称 | 引脚号 | J18管脚 | 信号名称 | 引脚号 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | GND | - | 2 | +5V | - |
| 3 | IO1_1N | M23 | 4 | IO1_1P | M22 |
| 5 | IO1_2N | K24 | 6 | IO1_2P | K23 |
| 7 | IO1_3N | N24 | 8 | IO1_3P | P23 |
| 9 | IO1_4N | K25 | 10 | IO1_4P | L25 |
| 11 | IO1_5N | N22 | 12 | IO1_5P | N21 |
| 13 | IO1_6N | K30 | 14 | IO1_6P | L30 |
| 15 | IO1_7N | J22 | 16 | IO1_7P | J21 |
| 17 | IO1_8N | L20 | 18 | IO1_8P | M20 |
| 19 | IO1_9N | M27 | 20 | IO1_9P | N27 |
| 21 | IO1_10N | K21 | 22 | IO1_10P | L21 |
| 23 | IO1_11N | K29 | 24 | IO1_11P | K28 |
| 25 | IO1_12N | P22 | 26 | IO1_12P | P21 |
| 27 | IO1_13N | M30 | 28 | IO1_13P | M29 |
| 29 | IO1_14N | N20 | 30 | IO1_14P | N19 |
| 31 | IO1_15N | N30 | 32 | IO1_15P | N29 |
| 33 | IO1_16N | L27 | 34 | IO1_16P | L26 |
| 35 | IO1_17N | M25 | 36 | IO1_17P | M24 |
| 37 | GND | - | 38 | GND | - |
| 39 | +3.3V | - | 40 | +3.3V | - |
表3-8-1 J18扩展口引脚分配
J33扩展口FPGA的引脚分配如下:
| J33管脚 | 信号名称 | 引脚号 | J33管脚 | 信号名称 | 引脚号 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | GND | - | 2 | +5V | - |
| 3 | IO2_1N | A21 | 4 | IO2_1P | A20 |
| 5 | IO2_2N | D18 | 6 | IO2_2P | D17 |
| 7 | IO2_3N | A22 | 8 | IO2_3P | B22 |
| 9 | IO2_4N | E20 | 10 | IO2_4P | F20 |
| 11 | IO2_5N | E21 | 12 | IO2_5P | F21 |
| 13 | IO2_6N | F22 | 14 | IO2_6P | G22 |
| 15 | IO2_7N | H22 | 16 | IO2_7P | H21 |
| 17 | IO2_8N | H17 | 18 | IO2_8P | J17 |
| 19 | IO2_9N | K20 | 20 | IO2_9P | K19 |
| 21 | IO2_10N | H19 | 22 | IO2_10P | J19 |
| 23 | IO2_11N | G20 | 24 | IO2_11P | H20 |
| 25 | IO2_12N | F18 | 26 | IO2_12P | G18 |
| 27 | IO2_13N | C22 | 28 | IO2_13P | D22 |
| 29 | IO2_14N | B20 | 30 | IO2_14P | C20 |
| 31 | IO2_15N | F17 | 32 | IO2_15P | G17 |
| 33 | IO2_16N | B19 | 34 | IO2_16P | C19 |
| 35 | IO2_17N | C21 | 36 | IO2_17P | D21 |
| 37 | GND | - | 38 | GND | - |
| 39 | +3.3V | - | 40 | +3.3V | - |
表3-8-2 J33扩展口引脚分配
按键和灯
AV7K300底板上有7个发光二极管LED, 1个电源指示灯; 2个串口通信指示灯, 4个用户LED灯。当开发板上电后电源指示灯会亮起;4个LED灯连接到FPGA的IO上,用户可以通过程序来控制亮和灭,当连接用户LED灯的IO电压为低时,用户LED灯点亮,当连接IO电压为高时,用户LED会被熄灭。另外板上还有4个用户按键,默认按键信号为高,当按键按下时,按键电平为低。用户LED灯和按键的硬件连接示意图如图3-9-1所示:

图3-9-1 用户LED灯和按键硬件连接示意图
用户LED灯和按键的引脚分配
| 信号名称 | FPGA引脚名 | 管脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| LED1 | B12_L19_P | AF20 | 用户LED1灯 |
| LED2 | B12_L11_P | AE23 | 用户LED2灯 |
| LED3 | B12_L3_N | AB23 | 用户LED3灯 |
| LED4 | B12_L5_N | AC21 | 用户LED4灯 |
| KEY1 | B12_L19_N | AF21 | 用户按键1 |
| KEY2 | B12_L11_N | AF23 | 用户按键2 |
| KEY3 | B12_L3_P | AB22 | 用户按键3 |
| KEY4 | B12_L5_P | AC20 | 用户按键4 |
表3-9-1 LED灯和按键引脚分配
JTAG 调试口
在AV7K300底板上预留了一个10PIN的JTAG接口,用于下载FPGA程序或者固化程序到FLASH。为了带电插拔造成对FPGA芯片的损坏,我们在JTAG信号上添加了保护二极管来保证信号的电压在FPGA接受的范围,避免芯片的损坏。

图3-10-1 原理图中JTAG接口部分
电源
开发板的电源输入电压为DC12V,可以通过PCIE插槽或者外接+12V电源给板子供电。外接电源供电时请使用开发板自带的电源,不要用其他规格的电源,以免损坏开发板。底板上通过1路DC/DC电源芯片TPS54620和1路DC/DC电源芯片MP1482转换成+5V和+3.3V 两路电源。因为+5V电源通过板间连接器给核心板供电,所以DCDC电源的电流输出为6A,其它3.3V电源电流输出为2A。
板上的电源设计示意图如下图3-11-1所示:

图3-11-1 原理图中电源接口部分
各个电源分配的功能如下表所示:
| 电源 | 功能 |
|---|---|
| +5.0V | 核心板供电电源 |
| +3.3V | SDI, SD,光纤,PCIE |
表3-11-1 电源接口功能
结构尺寸图

图3-12-1 正面图(Top View)