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AV7K300开发板用户手册

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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。

图片展示了一块AV7K300开发板,其正面印有ALINX的标志。开发板上配备了一个黑色的散热风扇,周围有多个接口和连接器,包括光纤接口、SDI输出和输入接口、UART串口接口、SD卡接口以及40针扩展接口。这些接口设计旨在满足高速数据交换、数据存储、视频传输处理以及工业控制的需求。图片在文档中用于展示AV7K300开发板的外观和主要接口配置,帮助读者理解其功能和适用范围。

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:

图片内容:该图展示了AV7K300开发板的结构图,核心板由XILINX KINTEX-7 XC7K325TFFG900 FPGA芯片组成,并连接多个外围接口,包括SDI输入输出、40针扩展口、SD Card、USB UART、CP2102、SFP1-4以及PCIe x8插槽。图片作用:通过这张结构图,可以清晰地看到AV7K300开发板的接口和功能分布,帮助用户了解开发平台的硬件配置。

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。

图片展示了一块AC7K325B核心板的正面,中央为XILINX KINTEX-7 XC7K325T芯片,周围分布着多个LDO芯片和高速收发器GTX接口。图片在文档中用于直观展示核心板的结构和主要组件,帮助读者更好地理解其功能和特点。

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:

图片内容展示了AMD KINTEX-7 FPGA芯片的型号命名规则,包括Xilinx、Generation、Family、Logic Cells in 1K Units、Speed Grade、Package Type、V: RoHS 6/6 w/Exemption 15、Nominal Package Pin Count和Temperature Grade等参数。这些参数详细列出了芯片的规格,如逻辑单元数量、查找表数量、触发器数量、Block RAM大小、DSP处理单元数量、PCIe Gen2接口、模数转换/XADC功能以及GTP Transceiver的数量和速度等级。图片在上下文中起到解释KINTEX-7 FPGA型号命名规则的作用,帮助读者理解芯片的具体参数和功能。

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。

图片展示了一块XILINX KINTEX-7 FPGA芯片,型号为XC7K325T。芯片正面印有“XILINX”和“KINTEX-7”字样,以及型号标识“XC7K325T™”。此外,芯片上还标有“FFG900ABX1909”和“DD5837123A”等信息。图片在文档中用于展示FPGA芯片的实物,与上下文中的芯片参数表相呼应,帮助读者更好地理解FPGA芯片的具体型号和规格。

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 Cells326,080
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 Gen21
模数转换/XADC1个12bit, 1Mbps AD
GTP Transceiver16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,U7MT41K256M16HA-125
或MT41J256M16HA-125
256M x 16bitMicron

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:

图片展示了FPGA与4片DDR3 DRAM的硬件连接方式。FPGA通过BANK 32、33和34分别连接到DDR3 DRAM的U3-U4和U6-U7。数据高32位通过U6-U7传输,数据低32位通过U3-U4传输,地址线和控制线则共同连接。图片在文档中用于说明FPGA和DDR3 DRAM的硬件连接原理,帮助读者理解DDR3 DRAM在FPGA系统中的具体应用。

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_D0IO_L13P_T2_MRCC_32AD18
DDR3_D1IO_L16N_T2_32AB18
DDR3_D2IO_L14P_T2_SRCC_32AD17
DDR3_D3IO_L17P_T2_32AB19
DDR3_D4IO_L14N_T2_SRCC_32AD16
DDR3_D5IO_L17N_T2_32AC19
DDR3_D6IO_L13N_T2_MRCC_32AE18
DDR3_D7IO_L18P_T2_32AB17
DDR3_D8IO_L8P_T1_32AG19
DDR3_D9IO_L7N_T1_32AK19
DDR3_D10IO_L10P_T1_32AD19
DDR3_D11IO_L7P_T1_32AJ19
DDR3_D12IO_L11P_T1_SRCC_32AF18
DDR3_D13IO_L8N_T1_32AH19
DDR3_D14IO_L10N_T1_32AE19
DDR3_D15IO_L11N_T1_SRCC_32AG18
DDR3_D16IO_L1N_T0_32AK15
DDR3_D17IO_L5N_T0_32AJ17
DDR3_D18IO_L2N_T0_32AH15
DDR3_D19IO_L4P_T0_32AF15
DDR3_D20IO_L4N_T0_32AG14
DDR3_D21IO_L5P_T0_32AH17
DDR3_D22IO_L2P_T0_32AG15
DDR3_D23IO_L1P_T0_32AK16
DDR3_D24IO_L19P_T3_32AE15
DDR3_D25IO_L24P_T3_32Y16
DDR3_D26IO_L22P_T3_32AC14
DDR3_D27IO_L20P_T3_32AA15
DDR3_D28IO_L23P_T3_32AA17
DDR3_D29IO_L22N_T3_32AD14
DDR3_D30IO_L23N_T3_32AA16
DDR3_D31IO_L20N_T3_32AB15
DDR3_D32IO_L22N_T3_34AK6
DDR3_D33IO_L23P_T3_34AJ8
DDR3_D34IO_L22P_T3_34AJ6
DDR3_D35IO_L19P_T3_34AF8
DDR3_D36IO_L24N_T3_34AK4
DDR3_D37IO_L23N_T3_34AK8
DDR3_D38IO_L24P_T3_34AK5
DDR3_D39IO_L20N_T3_34AG7
DDR3_D40IO_L10P_T1_34AE4
DDR3_D41IO_L8N_T1_34AF1
DDR3_D42IO_L11P_T1_SRCC_34AE5
DDR3_D43IO_L8P_T1_34AE1
DDR3_D44IO_L12P_T1_MRCC_34AF6
DDR3_D45IO_L10N_T1_34AE3
DDR3_D46IO_L11N_T1_SRCC_34AF5
DDR3_D47IO_L7N_T1_34AF2
DDR3_D48IO_L13P_T2_MRCC_34AH4
DDR3_D49IO_L16N_T2_34AJ2
DDR3_D50IO_L14N_T2_SRCC_34AH5
DDR3_D51IO_L13N_T2_MRCC_34AJ4
DDR3_D52IO_L16P_T2_34AH2
DDR3_D53IO_L17N_T2_34AK1
DDR3_D54IO_L14P_T2_SRCC_34AH6
DDR3_D55IO_L17P_T2_34AJ1
DDR3_D56IO_L2P_T0_34AC2
DDR3_D57IO_L4P_T0_34AC5
DDR3_D58IO_L1N_T0_34AD3
DDR3_D59IO_L6P_T0_34AC7
DDR3_D60IO_L5N_T0_34AE6
DDR3_D61IO_L5P_T0_34AD6
DDR3_D62IO_L2N_T0_34AC1
DDR3_D63IO_L4N_T0_34AC4
DDR3_DM0IO_L16P_T2_32AA18
DDR3_DM1IO_L12P_T1_MRCC_32AF17
DDR3_DM2IO_L6P_T0_32AE16
DDR3_DM3IO_L24N_T3_32Y15
DDR3_DM4IO_L20P_T3_34AF7
DDR3_DM5IO_L7P_T1_34AF3
DDR3_DM6IO_L18P_T2_34AJ3
DDR3_DM7IO_L1P_T0_34AD4
DDR3_DQS0_PIO_L15P_T2_DQS_32Y19
DDR3_DQS0_NIO_L15N_T2_DQS_32Y18
DDR3_DQS1_PIO_L9P_T1_DQS_32AJ18
DDR3_DQS1_NIO_L9N_T1_DQS_32AK18
DDR3_DQS2_PIO_L3P_T0_DQS_32AH16
DDR3_DQS2_NIO_L3N_T0_DQS_32AJ16
DDR3_DQS3_PIO_L21P_T3_DQS_32AC16
DDR3_DQS3_NIO_L21N_T3_DQS_32AC15
DDR3_DQS4_PIO_L21P_T3_DQS_34AH7
DDR3_DQS4_NIO_L21N_T3_DQS_34AJ7
DDR3_DQS5_PIO_L9P_T1_DQS_34AG4
DDR3_DQS5_NIO_L9N_T1_DQS_34AG3
DDR3_DQS6_PIO_L15P_T2_DQS_34AG2
DDR3_DQS6_NIO_L15N_T2_DQS_34AH1
DDR3_DQS7_PIO_L3P_T0_DQS_34AD2
DDR3_DQS7_NIO_L3N_T0_DQS_34AD1
DDR3_A0IO_L1P_T0_33AA12
DDR3_A1IO_L1N_T0_33AB12
DDR3_A2IO_L2P_T0_33AA8
DDR3_A3IO_L2N_T0_33AB8
DDR3_A4IO_L3P_T0_DQS_33AB9
DDR3_A5IO_L3N_T0_DQS_33AC9
DDR3_A6IO_L6N_T0_VREF_33AB13
DDR3_A7IO_L4N_T0_33Y10
DDR3_A8IO_L5P_T0_33AA11
DDR3_A9IO_L5N_T0_33AA10
DDR3_A10IO_L6P_T0_33AA13
DDR3_A11IO_L8P_T1_33AD8
DDR3_A12IO_L7P_T1_33AB10
DDR3_A13IO_L7N_T1_33AC10
DDR3_A14IO_L15P_T2_DQS_33AJ9
DDR3_BA0IO_L8N_T1_33AE8
DDR3_BA1IO_L9P_T1_DQS_33AC12
DDR3_BA2IO_L9N_T1_DQS_33AC11
DDR3_WEIO_L10P_T1_33AD9
DDR3_RASIO_L10N_T1_33AE9
DDR3_CASIO_L11P_T1_SRCC_33AE11
DDR3_S0IO_L11N_T1_SRCC_33AF11
DDR3_CKE0IO_L12P_T1_MRCC_33AD12
DDR3_ODTIO_L12N_T1_MRCC_33AD11
DDR3_CLK0_PIO_L13P_T2_MRCC_33AG10
DDR3_CLK0_NIO_L13N_T2_MRCC_33AH10
DDR3_RESETIO_L4P_T0_33Y11

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
U14N25Q128A128MbitNumonyx

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。

图片展示了一个QSPI Flash连接示意图,其中FPGA与QSPI Flash(N25Q128A)通过多个信号线连接。FPGA的CCLK信号通过B10引脚连接到QSPI Flash的U14引脚,FLASH_CE_B信号通过U19引脚连接,而FLASH_D0至FLASH_D3信号分别通过P24、R25、R20和R21引脚连接。该图详细说明了FPGA与QSPI Flash之间的信号分配,确保了数据传输的正确性和效率。

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_CCLKCCLK_0B10
FLASH_CE_BIO_L6P_T0_FCS_B_14U19
FLASH_D0IO_L1P_T0_D00_MOSI_14P24
FLASH_D1IO_L1N_T0_D01_DIN_14R25
FLASH_D2IO_L2P_T0_D02_14R20
FLASH_D3IO_L2N_T0_D03_14R21

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:

图片内容:该图展示了FPGA系统时钟源的原理图,包括两个差分时钟信号,分别为200MHz和125MHz。SYS_CLK_P和SYS_CLK_N分别连接到FPGA BANK33的全局时钟,用于驱动FPGA内的DDR3控制器和用户逻辑电路。此外,BANK117_CLK1_P和BANK117_CLK1_N则为GTX收发器提供了125MHz的参考时钟。 图片作用:此图在文档中用于说明FPGA系统时钟源的配置,具体展示了时钟信号的分配和连接方式,帮助读者理解时钟电路的设计和功能。

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

图片内容:该图展示了一个200MHz的时钟源原理图,包含一个PLL(锁相环)电路,用于生成200MHz的时钟信号。电路中还包括电阻R72、电容C260、C261、C262、C263和C264,以及电感L28,用于滤波和稳定时钟信号。图中还标注了SYS_CLK_P和SYS_CLK_N两个时钟引脚,分别连接到FPGA的AE10和AF10引脚。 图片作用:该图是文档中描述的系统时钟源原理图,用于说明AC7K325B核心板的时钟配置。通过该图,读者可以直观地了解时钟信号的生成和分配过程,以及与FPGA引脚的连接关系。

图2-5-2 系统时钟源

时钟引脚分配:

信号名称FPGA引脚
SYS_CLK_PAE10
SYS_CLK_NAF10

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

图片内容:该图展示了GTX时钟源的原理图,包括125MHz的时钟信号输入、FPGA引脚分配以及相关元件如电容、电感和电阻的连接。信号从125MHz的时钟源输入,经过FPGA引脚分配到BANK117_CLK1_P和BANK117_CLK1_N,最终连接到相应的电路节点。 图片作用:该图在文档中用于说明GTX时钟源的原理图,帮助读者理解时钟信号的输入与分配过程,以及与FPGA引脚的连接关系。

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_PJ8
BANK117_CLK1_NJ7

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:

图片内容:该图展示了FPGA核心板的电源指示灯和DONE指示灯的硬件连接示意图。FPGA核心板通过BANK 0与电源接口相连,电源接口通过3.3V电压供电。电源接口上连接了两个指示灯,分别是电源指示灯D6和DONE指示灯D1,它们分别连接到3.3V电源上,并通过电阻进行限流。 图片作用:该图在文档中用于说明AC7K325B核心板的电源指示灯和DONE指示灯的硬件连接方式,帮助读者理解核心板的电源设计和指示灯的工作原理。

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:

图片内容:该图展示了AC7K325B核心板电源接口部分的原理图,其中+5V电源通过DCDC电源芯片MYMGK1R820FRSR产生+1.0V的FPGA核心电源,输出电流高达20A。电路中还包含多个电源管理芯片,如BTA1471、TPS51200等,分别提供不同电压和电流的电源输出。图片在上下文中的作用:该图详细说明了AC7K325B核心板的电源设计,通过DCDC电源芯片将+5V电源转换为+1.0V的FPGA核心电源,并通过多个电源管理芯片提供不同电压和电流的电源输出,满足核心板的供电需求。

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

图片展示了一块电路板的结构图,尺寸为80.0 mm x 60.0 mm x 70.0 mm。电路板上标注了多个引脚和组件,包括两个圆形孔洞和多个矩形区域,可能代表不同的功能模块。该图在文档中用于展示AC7K325B核心板的结构布局,帮助用户理解电路板的物理构成和布局设计。

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
1BANK115_TX0_NY12BANK115_RX0_NAA3
3BANK115_TX0_PY24BANK115_RX0_PAA4
5GND-6GND-
7BANK115_TX1_NV18BANK115_RX1_NY5
9BANK115_TX1_PV210BANK115_RX1_PY6
11GND-12GND-
13BANK115_TX2_NU314BANK115_RX2_NW3
15BANK115_TX2_PU416BANK115_RX2_PW4
17GND-18GND-
19BANK115_TX3_NT120BANK115_RX3_NV5
21BANK115_TX3_PT222BANK115_RX3_PV6
23GND-24GND-
25BANK115_CLK0_NR726BANK115_CLK1_NU7
27BANK115_CLK0_PR828BANK115_CLK1_PU8
29GND-30GND-
31BANK116_TX0_NP132BANK116_RX0_NT5
33BANK116_TX0_PP234BANK116_RX0_PT6
35GND-36GND-
37BANK116_TX1_NN338BANK116_RX1_NR3
39BANK116_TX1_PN440BANK116_RX1_PR4
41GND-42GND-
43BANK116_TX2_NM144BANK116_RX2_NP5
45BANK116_TX2_PM246BANK116_RX2_PP6
47GND-48GND-
49BANK116_TX3_NL350BANK116_RX3_NM5
51BANK116_TX3_PL452BANK116_RX3_PM6
53GND-54GND-
55BANK116_CLK0_NL756BANK116_CLK1_NN7
57BANK116_CLK0_PL858BANK116_CLK1_PN8
59GND-60GND-
61BANK117_TX0_NK162BANK118_TX0_ND1
63BANK117_TX0_PK264BANK118_TX0_PD2
65GND-66GND-
67BANK117_RX0_NK568BANK118_RX0_NE3
69BANK117_RX0_PK670BANK118_RX0_PE4
71GND-72GND-
73BANK117_TX1_NJ374BANK118_TX1_NC3
75BANK117_TX1_PJ476BANK118_TX1_PC4
77GND-78GND-
79BANK117_RX1_NH580BANK118_RX1_ND5
81BANK117_RX1_PH682BANK118_RX1_PD6
83GND-84GND-
85BANK117_TX2_NH186BANK118_TX2_NB1
87BANK117_TX2_PH288BANK118_TX2_PB2
89GND-90GND-
91BANK117_RX2_NG392BANK118_RX2_NB5
93BANK117_RX2_PG494BANK118_RX2_PB6
95GND-96GND-
97BANK117_TX3_NF198BANK118_TX3_NA3
99BANK117_TX3_PF2100BANK118_TX3_PA4
101GND-102GND-
103BANK117_RX3_NF5104BANK118_RX3_NA7
105BANK117_RX3_PF6106BANK118_RX3_PA8
107GND-108GND-
109BANK117_CLK0_NG7110BANK118_CLK0_NC7
111BANK117_CLK0_PG8112BANK118_CLK0_PC8
113GND-114GND-
115116BANK118_CLK1_NE7
117118BANK118_CLK1_PE8
119GND-120GND-

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
1B18_L5_PK142B18_L3_PL12
3B18_L5_NJ144B18_L3_NL13
5B18_L6_PL116B18_L2_PL15
7B18_L6_NK118B18_L2_NK15
9GND-10GND-
11B18_L7_PH1512B18_L1_PL16
13B18_L7_NG1514B18_L1_N
15B18_L8_PJ1116B18_L4_PK13
17B18_L8_NJ1218B18_L4_NJ13
19GND-20GND-
21B18_L9_PJ1622B18_L12_PG13
23B18_L9_NH1624B18_L12_NF13
25B18_L16_PF1126B18_L10_PH11
27B18_L16_NE1128B18_L10_NH12
29GND-30GND-
31B18_L18_PD1132B18_L20_PE14
33B18_L18_NC1134B18_L20_NE15
35B18_L15_PC1236B18_L11_PH14
37B18_L15_NB1238B18_L11_NG14
39GND-40GND-
41B18_L23_PC1542B18_L21_PD14
43B18_L23_NB1544B18_L21_NC14
45B18_L17_PA1146B18_L22_PB13
47B18_L17_NA1248B18_L22_NA13
49GND-50GND-
51B18_L24_PB1452B17_L5_NL18
53B18_L24_NA1554B17_L5_PL17
55B18_L19_PF1556B17_L15_PD16
57B18_L19_NE1658B17_L15_NC16
59GND-60GND-
61B17_L17_PC1762B17_L14_PE19
63B17_L17_NB1764B17_L14_ND19
65B17_L1_PK1866B17_L20_PA16
67B17_L1_NJ1868B17_L20_NA17
69GND-70GND-
71B17_L22_NA1872B17_L21_PA20
73B17_L22_PB1874B17_L21_NA21
75B17_L8_PD2176B17_L13_PD17
77B17_L8_NC2178B17_L13_ND18
79GND-80GND-
81B17_L24_PC1982B17_L23_NA22
83B17_L24_NB1984B17_L23_PB22
85B17_L18_NF1786B17_L12_PF20
87B17_L18_PG1788B17_L12_NE20
89GND-90GND-
91B17_L19_NB2092B17_L11_NE21
93B17_L19_PC2094B17_L11_PF21
95B17_L10_NC2296B17_L9_NF22
97B17_L10_PD2298B17_L9_PG22
99GND-100GND-
101B17_L16_NF18102B17_L7_PH21
103B17_L16_PG18104B17_L7_NH22
105B17_L2_NG20106B17_L3_NH17
107B17_L2_PH20108B17_L3_PJ17
109GND-110GND-
111B17_L4_NH19112FPGA_TCKE10
113B17_L4_PJ19114FPGA_TMSF10
115B17_L6_PK19116FPGA_TDOG10
117B17_L6_NK20118FPGA_TDIH10
119GND-120GND-

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
1B16_L12_NB252B16_L8_PC24
3B16_L12_PC254B16_L8_NB24
5B16_L10_NA266B16_L16_NC30
7B16_L10_PA258B16_L16_PD29
9GND-10GND-
11B16_L11_NC2612B16_L7_NA27
13B16_L11_PD2614B16_L7_PB27
15B16_L13_NC2716B16_L18_NE30
17B16_L13_PD2718B16_L18_PE29
19GND-20GND-
21B16_L21_PG2722B16_L14_ND28
23B16_L21_NF2724B16_L14_PE28
25B16_L20_NF2826B16_L22_NF30
27B16_L20_PG2828B16_L22_PG29
29GND-30GND-
31B16_L9_PB2832B16_L5_PF26
33B16_L9_NA2834B16_L5_NE26
35B16_L15_PC2936B16_L24_NG30
37B16_L15_NB2938B16_L24_PH30
39GND-40GND-
41B16_L19_NH2542B16_L23_NH27
43B16_L19_PH2444B16_L23_PH26
45B16_L1_NA2346B16_L17_PB30
47B16_L1_PB2348B16_L17_NA30
49GND-50GND-
51B16_L2_PE2352B16_L3_NE25
53B16_L2_ND2354B16_L3_PF25
55B16_L6_NG2456B16_L4_PE24
57B16_L6_PG2358B16_L4_ND24
59GND-60GND-
61B15_L14_NL2862B15_L7_NH29
63B15_L14_PM2864B15_L7_PJ29
65B15_L10_NJ2666B15_L8_NJ28
67B15_L10_PK2668B15_L8_PJ27
69GND-70GND-
71B15_L1_NJ2472B15_L24_NM23
73B15_L1_PJ2374B15_L24_PM22
75B15_L18_NN2676B15_L3_NK24
77B15_L18_PN2578B15_L3_PK23
79GND-80GND-
81B15_L2_NL2382B15_L21_NN24
83B15_L2_PL2284B15_L21_PP23
85B15_L13_PK2886B15_L12_NK25
87B15_L13_NK2988B15_L12_PL25
89GND-90GND-
91B15_L22_NP2292B15_L20_NN22
93B15_L22_PP2194B15_L20_PN21
95B15_L15_NM3096B15_L9_NK30
97B15_L15_PM2998B15_L9_PL30
99GND-100GND-
101B15_L19_NN20102B15_L5_NJ22
103B15_L19_PN19104B15_L5_PJ21
105B15_L17_NN30106B15_L6_NL20
107B15_L17_PN29108B15_L6_PM20
109GND-110GND-
111B15_L11_NL27112B15_L16_NM27
113B15_L11_PL26114B15_L16_PN27
115B15_L23_NM25116B15_L4_PL21
117B15_L23_PM24118B15_L4_NK21
119GND-120GND-

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
1B13_L16_PAE302B13_L10_NAB30
3B13_L16_NAF304B13_L10_PAB29
5B13_L23_NAF276B13_L9_PAD29
7B13_L23_PAF268B13_L9_NAE29
9GNDU1410GNDU14
11B13_L14_PAE2812B13_L6_PAA25
13B13_L14_NAF2814B13_L6_NAB25
15B13_L13_PAG2916B13_L5_NAB28
17B13_L13_NAH2918B13_L5_PAA27
19GNDU1420GNDU14
21B13_L18_PAG3022B13_L2_NW28
23B13_L18_NAH3024B13_L2_PW27
25B13_L21_NAG2826B13_L8_PY30
27B13_L21_PAG2728B13_L8_NAA30
29GNDU1430GNDU14
31B13_L15_NAK3032B13_L11_NAD28
33B13_L15_PAK2934B13_L11_PAD27
35B13_L17_NAJ2936B13_L7_NAC30
37B13_L17_PAJ2838B13_L7_PAC29
39GNDU1440GNDU14
41B13_L20_NAK2842B13_L12_NAC27
43B13_L20_PAJ2744B13_L12_PAB27
45B13_L22_NAH2746B13_L1_PY26
47B13_L22_PAH2648B13_L1_NAA26
49GNDU1450GNDU14
51B13_L24_NAK2652B13_L4_NY29
53B13_L24_PAJ2654B13_L4_PW29
55B13_L19_NAD2656B13_L3_NAA28
57B13_L19_PAC2658B13_L3_PY28
59GNDU1460GNDU14
61B12_L12_PAD2362B12_L9_NAD24
63B12_L12_NAE2464B12_L9_PAC24
65B12_L16_PAE2566B12_L8_NAD22
67B12_L16_NAF2568B12_L8_PAC22
69GNDU1470GNDU14
71B12_L13_PAF2272B12_L7_NAC25
73B12_L13_NAG2374B12_L7_PAB24
75B12_L18_PAG2576B12_L4_NAA23
77B12_L18_NAH2578B12_L4_PAA22
79GNDU1480GNDU14
81B12_L15_NAK2582B12_L1_PY23
83B12_L15_PAJ2484B12_L1_NY24
85B12_L17_NAK2486B12_L2_PY21
87B12_L17_PAK2388B12_L2_NAA21
89GNDU1490GNDU14
91B12_L14_NAH2492B12_L6_PAA20
93B12_L14_PAG2494B12_L6_NAB20
95B12_L20_NAH2296B12_L10_NAE21
97B12_L20_PAG2298B12_L10_PAD21
99GNDU14100GNDU14
101B12_L19_NAF21102B12_L3_PAB22
103B12_L19_PAF20104B12_L3_NAB23
105B12_L11_NAF23106B12_L5_PAC20
107B12_L11_PAE23108B12_L5_NAC21
109GND-110GND-
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:

图片展示了AV7K300扩展板上4路光纤接口与FPGA BANK117 GTX收发器的连接关系。每路光纤接口分别连接到GTX的4路RX/TX,实现高达10Gb/s的数据传输。图片右侧还展示了SFP光模块的实物,说明用户可以购买不同速率的光模块插入到这些接口中进行光纤通信。该图在文档中用于直观展示光纤接口与FPGA的连接方式,帮助用户理解光纤数据通信的具体实现。

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_PBANK117_TX0_PK2光模块1数据发送正
SFP1_TX_NBANK117_TX0_NK1光模块1数据发送负
SFP1_RX_PBANK117_RX0_PK6光模块1数据接收正
SFP1_RX_NBANK117_RX0_NK5光模块1数据接收负
SFP2_TX_PBANK117_TX1_PJ4光模块2数据发送正
SFP2_TX_NBANK117_TX1_NJ3光模块2数据发送负
SFP2_RX_PBANK117_RX1_PH6光模块2数据接收正
SFP2_RX_NBANK117_RX1_NH5光模块2数据接收负
SFP3_TX_PBANK117_TX2_PH2光模块3数据发送正
SFP3_TX_NBANK117_TX2_NH1光模块3数据发送负
SFP3_RX_PBANK117_RX2_PG4光模块3数据接收正
SFP3_RX_NBANK117_RX2_NG3光模块3数据接收负
SFP4_TX_PBANK117_TX3_PF2光模块4数据发送正
SFP4_TX_NBANK117_TX3_NF1光模块4数据发送负
SFP4_RX_PBANK117_RX3_PF6光模块4数据接收正
SFP4_RX_NBANK117_RX3_NF5光模块4数据接收负
BANK117_CLK1_PBANK117_CLK1_PJ8收发器参考时钟正
BANK117_CLK1_NBANK117_CLK1_NJ7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。

图片内容:该图展示了AV7K300开发板PCIe插槽的设计示意图,左侧为FPGA及其内部的BANK115、BANK116 GTX收发器,右侧为PCIe x8金手指接口。图中用箭头表示了8路TX信号和RX信号的连接方式,以及PCIe引脚的分配情况。 图片作用:此图在文档中用于直观展示AV7K300开发板PCIe插槽的设计,帮助读者理解PCIe接口的收发信号如何与FPGA的GTX收发器相连接,并且明确了单通道通信速率可达5G bit带宽。

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_PBANK116_RX3_PM6PCIE通道0数据接收正
PCIE_RX0_NBANK116_RX3_NM5PCIE通道0数据接收负
PCIE_RX1_PBANK116_RX2_PP6PCIE通道1数据接收正
PCIE_RX1_NBANK116_RX2_NP5PCIE通道1数据接收负
PCIE_RX2_PBANK116_RX1_PR4PCIE通道2数据接收正
PCIE_RX2_NBANK116_RX1_NR3PCIE通道2数据接收负
PCIE_RX3_PBANK116_RX0_PT6PCIE通道3数据接收正
PCIE_RX3_NBANK116_RX0_NT5PCIE通道3数据接收负
PCIE_RX4_PBANK115_RX3_PV6PCIE通道4数据接收正
PCIE_RX4_NBANK115_RX3_NV5PCIE通道4数据接收负
PCIE_RX5_PBANK115_RX2_PW4PCIE通道5数据接收正
PCIE_RX5_NBANK115_RX2_NW3PCIE通道5数据接收负
PCIE_RX6_PBANK115_RX1_PY6PCIE通道6数据接收正
PCIE_RX6_NBANK115_RX1_NY5PCIE通道6数据接收负
PCIE_RX7_PBANK115_RX0_PAA4PCIE通道7数据接收正
PCIE_RX7_NBANK115_RX0_NAA3PCIE通道7数据接收负
PCIE_TX0_PBANK116_TX3_PL4PCIE通道0数据发送正
PCIE_TX0_NBANK116_TX3_NL3PCIE通道0数据发送负
PCIE_TX1_PBANK116_TX2_PM2PCIE通道1数据发送正
PCIE_TX1_NBANK116_TX2_NM1PCIE通道1数据发送负
PCIE_TX2_PBANK116_TX1_PN4PCIE通道2数据发送正
PCIE_TX2_NBANK116_TX1_NN3PCIE通道2数据发送负
PCIE_TX3_PBANK116_TX0_PP2PCIE通道3数据发送正
PCIE_TX3_NBANK116_TX0_NP1PCIE通道3数据发送负
PCIE_TX4_PBANK115_TX3_PT2PCIE通道4数据发送正
PCIE_TX4_NBANK115_TX3_NT1PCIE通道4数据发送负
PCIE_TX5_PBANK115_TX2_PU4PCIE通道5数据发送正
PCIE_TX5_NBANK115_TX2_NU3PCIE通道5数据发送负
PCIE_TX6_PBANK115_TX1_PV2PCIE通道6数据发送正
PCIE_TX6_NBANK115_TX1_NV1PCIE通道6数据发送负
PCIE_TX7_PBANK115_TX0_PY2PCIE通道7数据发送正
PCIE_TX7_NBANK115_TX0_NY1PCIE通道7数据发送负
PCIE_CLK_PBANK115_CLK0_PR8PCIE通道参考时钟正
PCIE_CLK_NBANK115_CLK0_NR7PCIE通道参考时钟负
PCIE_PERSTB12_L16_NAF25PCIE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:

图片展示了GV8500芯片和FPGA的硬件连接示意图,具体包括第一路和第二路SDI输出接口的引脚分配。FPGA通过BANK118和BANK18引脚分别连接到GV8500芯片的SDI1_3G_TXN、SDI1_3G_TXP、SDI1_SD_HD以及SDI2_3G_TXN、SDI2_3G_TXP、SDI2_SD_HD信号。这些信号分别对应于第一路和第二路的SDI输出接口,通过TX1和TX2引脚连接到外部设备。图片在上下文中起到直观展示硬件连接关系的作用,帮助读者理解SDI输出接口的具体实现。

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_TXNBANK118_TX0_ND1SDI输出差分信号负
SDI1_3G_TXPBANK118_TX0_PD2SDI输出差分信号正
SDI1_SD_HDB18_L3_NL13SDI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_TXNBANK118_TX1_NC3SDI输出差分信号负
SDI2_3G_TXPBANK118_TX1_PC4SDI输出差分信号正
SDI2_SD_HDB18_L3_PL12SDI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。

图片展示了SDI输入接口的原理图,其中第一路SDI输入信号(SDI1_3G_RXN和SDI1_3G_RXP)通过FPGA的BANK118_RX0_N和BANK118_RX0_P引脚连接到GV8601芯片的RX1端口。第二路SDI输入信号(SDI2_3G_RXN和SDI2_3G_RXP)通过FPGA的BANK118_RX1_N和BANK118_RX1_P引脚连接到GV8601芯片的RX2端口。该原理图用于说明SDI输入接口的信号分配和连接方式,帮助用户理解SDI信号在AV7K300开发板上的具体应用。

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_RXNBANK118_RX0_NE3SDI输入差分信号负
SDI1_3G_RXPBANK118_RX0_PE4SDI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_RXNBANK118_RX1_ND5SDI输入差分信号负
SDI2_3G_RXPBANK118_RX1_PD6SDI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:

图片内容:该图展示了USB转串口电路设计的示意图。FPGA通过UART_TXD和UART_RXD分别连接到U18芯片的RXD和TXD引脚,U18芯片通过Micro USB接口与外部设备通信。图中还标注了FPGA和U18芯片的引脚名称和引脚号。 图片作用:此图在文档中用于说明USB转串口电路的设计,帮助读者理解FPGA与U18芯片之间的信号连接关系,以及如何通过Micro USB接口实现数据传输。

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_RXDB13_L5_PAA27Uart数据输入
UART_TXDB13_L2_NW28Uart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。

图片展示了一个SD卡槽与FPGA之间的连接原理图。FPGA通过多个引脚与SD卡槽进行通信,包括SD_CLK、SD_CMD、SD_D0至SD_D3等信号。SD卡槽通过黄色引脚与FPGA的相应引脚相连,其中SD_CLK和SD_CMD分别连接到FPGA的B13_L6_P和B13_L5_N引脚,SD_D0至SD_D3则分别连接到B13_L10_P、AD29、AE29和AB25引脚。此外,SD卡槽还通过CD引脚与FPGA的B13_L6_N引脚相连。该原理图在文档中用于说明SD卡槽与FPGA之间的引脚分配关系,帮助读者理解SD卡槽在AV7K300开发板上的工作原理。

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_CLKB13_L6_PAA25SD时钟信号
SD_CMDB13_L5_NAB28SD命令信号
SD_D0B13_L10_PAB29SD数据Data0
SD_D1B13_L9_PAD29SD数据Data1
SD_D2B13_L9_NAE29SD数据Data2
SD_D3B13_L6_NAB25SD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
1GND-2+5V-
3IO1_1NM234IO1_1PM22
5IO1_2NK246IO1_2PK23
7IO1_3NN248IO1_3PP23
9IO1_4NK2510IO1_4PL25
11IO1_5NN2212IO1_5PN21
13IO1_6NK3014IO1_6PL30
15IO1_7NJ2216IO1_7PJ21
17IO1_8NL2018IO1_8PM20
19IO1_9NM2720IO1_9PN27
21IO1_10NK2122IO1_10PL21
23IO1_11NK2924IO1_11PK28
25IO1_12NP2226IO1_12PP21
27IO1_13NM3028IO1_13PM29
29IO1_14NN2030IO1_14PN19
31IO1_15NN3032IO1_15PN29
33IO1_16NL2734IO1_16PL26
35IO1_17NM2536IO1_17PM24
37GND-38GND-
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
1GND-2+5V-
3IO2_1NA214IO2_1PA20
5IO2_2ND186IO2_2PD17
7IO2_3NA228IO2_3PB22
9IO2_4NE2010IO2_4PF20
11IO2_5NE2112IO2_5PF21
13IO2_6NF2214IO2_6PG22
15IO2_7NH2216IO2_7PH21
17IO2_8NH1718IO2_8PJ17
19IO2_9NK2020IO2_9PK19
21IO2_10NH1922IO2_10PJ19
23IO2_11NG2024IO2_11PH20
25IO2_12NF1826IO2_12PG18
27IO2_13NC2228IO2_13PD22
29IO2_14NB2030IO2_14PC20
31IO2_15NF1732IO2_15PG17
33IO2_16NB1934IO2_16PC19
35IO2_17NC2136IO2_17PD21
37GND-38GND-
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:

图片展示了AV7K300开发板上用户LED灯和按键的硬件连接示意图。图中,FPGA通过引脚与四个LED灯(LED1至LED4)和四个按键(KEY1至KEY4)相连,每个LED灯和按键都标注了其对应的FPGA引脚名和管脚号。该图直观地展示了硬件连接关系,帮助用户理解如何将LED灯和按键连接到FPGA上。

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
LED1B12_L19_PAF20用户LED1灯
LED2B12_L11_PAE23用户LED2灯
LED3B12_L3_NAB23用户LED3灯
LED4B12_L5_NAC21用户LED4灯
KEY1B12_L19_NAF21用户按键1
KEY2B12_L11_NAF23用户按键2
KEY3B12_L3_PAB22用户按键3
KEY4B12_L5_PAC20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。

图片内容:该图展示了AV7K300开发板上的JTAG接口部分的原理图。图中包含四个JTAG连接器(J15、J16、J17、J18),每个连接器上都有一个保护二极管(BAT54S)和一个电阻(33R),用于确保JTAG信号电压在FPGA可接受的范围内,防止芯片损坏。 图片作用:此图在文档中用于说明AV7K300开发板上预留的10PIN JTAG接口,以及在JTAG信号上添加保护二极管以确保信号电压在FPGA可接受范围内的设计。

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:

图片内容:该图展示了AV7K300开发板的电源设计示意图,其中12V电源通过U19(TPS54620)和U31(MP1482)分别转换为+5.0V和+3.3V的电源输出。图中标注了电源的电流规格,如+5.0V输出6A,+3.3V输出2A。 图片作用:此图在文档中用于说明AV7K300开发板电源设计的具体实现,通过U19和U31芯片将12V电源转换为+5.0V和+3.3V的电源,满足核心板和SDI、SD、光纤、PCIE等模块的供电需求。

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
+3.3VSDI, SD,光纤,PCIE

表3-11-1 电源接口功能

结构尺寸图

图片内容:该图展示了AV7K300开发板的结构尺寸图,图中标注了开发板的长宽尺寸分别为215.0 mm和88.9 mm,同时标注了开发板各部分的尺寸,如电源接口部分的尺寸为111.1 mm、106.7 mm和85.4 mm。此外,图中还标注了开发板上的各个接口和模块,如JTAG调试口、电源接口等。 图片作用:这张结构尺寸图在文档中用于展示AV7K300开发板的物理尺寸和布局,帮助读者更好地理解开发板的结构和各部分的尺寸关系,为后续的硬件设计和安装提供参考。

图3-12-1 正面图(Top View)

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