外观
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一、开发板简介
AXRF47 开发板由 ACRF47 核心板和载板构成,核心板和载板之间使用高速板间连接器连接。
ACRF47 核心板采用 AMD 公司的 ZynqTM UltraScale+TM RFSoc Gen3 系列ZU47DR FPGA 主芯片,它支持 8 路 14 位 RF-ADC,最大采样率可达 5GSPS,8 路 14 位 RF-DAC,最高采样率可达 9.84GSPS 。可以降低 RF 信号处理链的复杂性,最大化输入/输出通道密度,而不会牺牲宽带并利用异构处理能力,并且拥有更低的功耗(取消了 ADC/DAC 组件,消除了 FPGA 至模拟的接口功耗)。Zynq UltraScale+器件中提供 ARM Cortex-A53 处理子系统、UltraScale+可编程逻辑和最高信号处理带宽,能够提供综合 RF 信号链,满足无线、有线电视接入、测试测量、早期预警/雷达以及其它高性能 RF 应用需求。
图1-0 AXRF47 开发板
载板为核心板扩展了丰富的外围接口,其中包含 1 路 M.2 SSD 接口、一路USB3.0 接口、1 路千兆以太网接口、一路 JTAG/UART 接口、一路 TF 卡接口、一路 sfp 接口和一路 qsfp 接口。
下图为整个开发系统的结构示意图:
图1-1 AXRF47 开发板
通过这个示意图,我们可以看到 RFEVM 开发平台所能包含的接口和功能。
- ACRF47 核心板
由 ZU47DR+4GB DDR4(PS)+2GB DDR4(PL)+1Gb QSPI Flash 组成,
另外核心模块提供双晶振时钟源,一个单端 33.3333MHz 有源晶振提供给 PS 系统,一个晶体 32.76MHz 驱动 RFSOC 内部 RTC 电路。
- M.2 接口
一路 PCIe x2 标准的 M.2 接口,用于连接 M.2 的 SSD 固态硬盘。
- USB3.0 接口
一路 USB3.0 接口,支持 HOST、SLAVE 三种模式。
- 千兆以太网接口
一路 10M/100M/1000M 以太网 RJ45 接口,用于和电脑或者其它网络设备行以太网数据交换。
- JTAG&UART 接口
JTAG&UART 调试接口类型为 Type-C 接口,JTAG 和 UART 共用此接口,用
于 FPGA 程序的下载和调试。
- Micro SD 卡座
一路 Micro SD 卡座,用于存储操作系统镜像和文件系统。
- QSFP28 光纤接口
一路 QSFP28 光纤接口,支持 40G/100G 的通信速率。
- SFP 光纤接口
一路 SFP 接口,支持 10G 的通信速率。
- 扩展 IO
三组扩展 IO,两组 PL 端扩展 IO,一组 PS 端扩展 IO,可供用户自定义使用。
- LED 灯
4 个可扩展的 LED 直插针座,供用户自定义使用。
- 按键
一个复位按键。
二、ACRF47 核心板
简介
ACRF47 核心板的 ZYNQ 芯片是基于 AMD 公司的 ZynqTM UltraScale+TM RFSoC Gen3 系列 ZU47DR-2FFVE1156I。
这款核心板使用了 6 片 Micron 公司的 DDR4 芯片 MT40A512M16,其中 PS 端挂载 4 片 DDR4,组成 64 位数据总线宽度。PL 端挂载 2 片 DDR4,组成 32 位数据总线宽度。每片 DDR4 容量为 1GB。DDR4 SDRAM 的最高运行速度可达1200MHz(数据速率 2400Mbps)。另外核心板上也集成了 1Gbit 大小的 QSPI FLASH 用于启动存储配置和系统文件。
为了和底板连接,这款核心板的 2 个 400Pin 的板对板连接器扩展出了 PS 端的 USB3.0 接口、千兆以太网接口、SD 卡接口、M.2 接口以及剩余的 MIO 接口; 也扩展出了 4 对 PS MGT 高速收发器接口;以及 PL 端的 1 路 QSFP28 接口、1 路 SFP 接口和其余 IO。
图2-1-1 ACRF47 核心板正面
图2-1-2 ACRF47 核心板背面
ZYNQ 芯片
ACRF47 核心板使用的是AMD 公司的ZynqTM UltraScale+TM RFSoC Gen3 系列的芯片,型号为 ZU47DR-2FFVE1156I。可编程逻辑部分的 FPGA 资源可提供高吞吐量数字信号处理 (DSP) 和 IP 核,例如数字上/下变频 (DUC/DDC) 内核。通过软件无线电开发架构应用程序编程接口和 FPGA 基础架构更容易实现FPGA 加速。这有助于您快速启动和运行,以便您可以专注于增值 IP。用于快速傅立叶变换 (FFT) 和有限脉冲响应 (FIR) 滤波器等常用功能的FPGA 系统是一个很好的起点。然后,您可以使用首选的硬件描述语言 (HDL) 将自己的 IP 块添加到模块化架构中除了系统的 FPGA 架构部分,AMD UltraScale+ RFSoC 还配备了四个板载应用处理单元 (APU) 和两个实时处理单元 (RPU),适用于需要板载嵌入式操作系统进行独立操作的应用。
图2-2-1 RFSOM 硬件系统框图
ACRF47 可以支持 AD/DA 通道全差分引出,用户可根据需要定义射频调理电路,支持直流、交流耦合,支持 PA\LNA 放大器调理电路。也可以支持选配射频前端,支持 LO 变频器、双工器、PA、LNA 等。
DDR4 SDRAM
ACRF47 核心板上配有6 片 Micron(镁光)的 1GB 的 DDR4 芯片,型号为MT40A512M16GE-083E,其中 PS 端挂载了 4 片 DDR4,组成 64 为数据总线带宽。PL 端挂载 2 片 DDR4,组成 32 为数据总线带宽。PS 端的 DDR4 SDRAM 的最高运行速度可达 1200MHz(数据速率 2400Mbps),4 片 DDR4 存储系统直接
连接到了 PS 的 BANK504 的存储器接口上。PL 端的 DDR SDRAM 的最高运行速度可达 1200MHz( 数据速率 2400Mbps), 2 片 DDR4 连接到了 FPGA 的BANK65、66 的接口上。PS 端和 PL 端 DDR4 SDRAM 的具体配置如下表所示。
| 位置 | 位号 | 芯片型号 | 容量 | 厂家 |
|---|---|---|---|---|
| PS | UM5,UM6,UM7,UM8 | MT40A512M16GE-083E | 512x16bit | Micron |
| PL | UM1,UM2 | MT40A512M16GE-083E | 512x16bit | Micron |
表2-3-1 DDR4 SDRAM 配置
PS 端的 DDR4 的硬件连接方式如下图所示:
图2-3-1 PS 端 DDR4 SDRAM 连接示意图
PL 端的 DDR4 SDRAM 的硬件连接方式如下图所示:
图2-3-2 PL 端 DDR4 SDRAM 连接示意图
QSPI FLASH
ACRF47 核心板配有 2 片 512Mbit 大小的QUAD SPI FLASH 芯片组成 8 位带宽数据总线,FLASH 型号为 MT25QU512ABBIEW9-0SIT,它使用 1.8V CMOS
电压标准。由于 QSPI FLASH 的非易失特性,在使用中,它可以作为系统的启动设备来存储系统的启动镜像。这些镜像主要包括 FPGA 的 bit 文件、ARM 的应用程序代码以及它的用户数据文件。QSPI FLASH 的具体型号和相关特性见下表。
| 位置 | 位号 | 芯片型号 | 容量 | 厂家 |
|---|---|---|---|---|
| PS | U5,U6 | MT25QU512ABBIEW9-0SIT | 512M bit | 镁光 |
表2-4-1 QSPI FLASH 型号和参数
QSPI FLASH 连接到 ZYNQ 芯片的 PS 部分 BANK500 的 MIO 上,在系统设计中需要配置这些 PS 端的 MIO 功能为 QSPI FLASH 接口。
图2-4-2 QSPI FLASH 连接示意图
配置芯片引脚分配
| 信号名称 | 引脚名 | 引脚号 |
|---|---|---|
| SPIL_SCLK | PS_MIO0 | J17 |
| SPIL_MO1 | PS_MIO1 | J18 |
| SPIL_MO2 | PS_MIO2 | J16 |
| SPIL_MO3 | PS_MIO3 | K16 |
| SPIL_MO0 | PS_MIO4 | G15 |
| SPIL_CS | PS_MIO5 | H18 |
| SPIH_CS | PS_MIO7 | K17 |
| SPIH_MO0 | PS_MIO8 | E15 |
| SPIH_MO1 | PS_MIO9 | F15 |
| SPIH_MO2 | PS_MIO10 | C15 |
| SPIH_MO3 | PS_MIO11 | G16 |
| SPIH_SCLK | PS_MIO12 | B15 |
表2-4-2 QSPI FLASH引脚分配
EEPROM
ACRF47 核心模块上板载了一片 EEPROM,型号为 AT24CM01,容量为1Mbit,通过 IIC 总线连接到 PS 端进行通信。
图2-5-1 EEPROM 硬件原理图
EEPROM 引脚分配
| 信号名称 | 引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| IIC_SDA | PS_MIO25 | B17 | I2C 数据信号 |
| IIC_SCL | PS_MIO24 | A17 | I2C 时钟信号 |
表2-5-1 EEPROM引脚分配
时钟配置
核心模块上提供双晶振时钟,系统时钟默认使用 33.3333MHz 有源晶振,封装 3.2x2.5mm。晶体 32.768KHz,驱动 ACRF47 内部 RTC 电路。时钟电路设计的示意图如下图所示:
图2-6-1 晶振原理图
核心模块系统采用 LMK04828 时钟芯片分配各个模块所需时钟,主晶振采用 19.2MHz 高稳 OCXO。支持 GTY 恢复时钟,支持外部参考时钟的输入与SYSREF 输入,可实现多模块并联形成更大规模相参射频通道。
图2-6-2 时钟分配连接示意图
PS-GTR 接口
ACRF47 核心模块的 PS 端 GTR 高速 BANK 未进行任何使用,全部通过连接器拉出,支持数据速率最高 6.0Gb/s,可以当作 PCIE Gen2 的 x1、x2、x4 使用,
也可以作为 SATA 使用,支持 1.5Gb/s、3.0Gb/s、6Gb/s 数据速率,也可以支持
DP 接口以及 USB3.0 接口等其它应用。
图2-7-1 PS 端 GTR 高速收发器映射图
PCIE Gen4 接口(需要搭配 PCIe 载卡)
ACRF47 支持 GTY 高速收发器,利用高速收发器,可以实现 PCIe x8 Gen4.0, 数据速率高达 16.0Gb/s,也支持 100G 光纤接口互联。方便用户二次开发,设计风险小,方便灵活。
图2-8-1 高速收发器映射图
RF-ADC 接口
ACRF47 核心模块使用的FPGA 芯片是ZynqTM UltraScale+TM RFSoC Gen3 系列业界唯一单芯片自适应无线电平台,芯片集成了 14-bit 的 RF-ADC,最大采样率可达 5GSPS,并且 VCM 信号也引出至连接器,方便用户调节共模电压。
图2-9-1 RF-ADC 接口示意图
RF-DAC 接口
ACRF47 核心模块使用的FPGA 芯片是ZynqTM UltraScale+TM RFSoC Gen3 系列业界唯一单芯片自适应无线电平台,芯片集成了 14-bit 的 RF-DAC,最大采样率可达 9.85GSPS。
图2-10-1 RF-DAC 接口示意图
电源
ACRF47 核心板采用直流 5V 供电,通过连接器底板给核心板供电。ACRF47 核心板典型功耗 60W。5V 系统电源通过降压型稳压器变换不同的电压驱动板卡上的 FPGA 以及其它电路,板卡 ADC 与 DAC 的供电由线性低压 LDO 提供,具有较好的电源抑制(PSRR)。
核心模块的扩展 IO BANK 接口电平图下:
| BANK | 电平(V) | 备注 |
|---|---|---|
| BANK89 | 从底板提供 | HD_BANK 支持 1.2~3.3V(HD I/O only)at ±5% |
| BANK128 | MGTY | PCIE Gen4 信号 |
| BANK129 | MGTY | PCIE Gen4 信号 |
| BANK501 | 从底板提供 | MIO BANK 支持 1.8V、2.5V,and 3.3V at ±5% |
| BANK502 | 从底板提供 | MIO BANK 支持 1.8V、2.5V,and 3.3V at ±5% |
| BANK503 | 1.8V 固定 | 配置管脚输出,模式选择,系统复位信号 |
| BANK505 | PS_MGTR | 未进行任何定义,高速信号管脚和时钟信号全部拉出至连接器 |
表2-11-1 接口电平图
ACRF47 核心板的电源设计框图如下所示:
图2-11-1 ACRF47 核心板电源设计框图
结构图
图2-12-1 ACRF47 核心模块正面图
连接器管脚定义
核心板一共扩展出 2 个高速扩展口,使用 2 个 400Pin 的板间连接器(J1、J2)和底板连接,连接器使用 Samtec 公司的 LPAM_50_01_0_L_08_2_K_TR 连接器。
连接器信号定义如下所示:
J1 连接器信号定义
| 标号 | 信号网络 | 标号 | 信号网络 | 标号 | 信号网络 | 标号 | 信号网络 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A1 | GND | B1 | VCC_5V | C1 | VCC_5V | D1 | VCC_5V |
| A2 | GND | B2 | VCC_5V | C2 | VCC_5V | D2 | VCC_5V |
| A3 | GND | B3 | GND | C3 | GND | D3 | GND |
| A4 | GND | B4 | GND | C4 | GND | D4 | GND |
| A5 | GND | B5 | GND | C5 | GND | D5 | GND |
| A6 | GND | B6 | GND | C6 | GND | D6 | GND |
| A7 | GND | B7 | BANK89_IO_L1P | C7 | BANK89_IO_L1N | D7 | GND |
| A8 | GND | B8 | GND | C8 | GND | D8 | BANK89_IO_L2P |
| A9 | GND | B9 | BANK89_IO_L3P | C9 | BANK89_IO_L3N | D9 | GND |
| A10 | GND | B10 | GND | C10 | GND | D10 | BANK89_IO_GC_L5P |
| A11 | GND | B11 | BANK89_IO_GC_L7P | C11 | BANK89_IO_GC_L7N | D11 | GND |
| A12 | GND | B12 | GND | C12 | GND | D12 | BANK89_IO_GC_L6P |
| A13 | GND | B13 | BANK89_IO_L4P | C13 | BANK89_IO_L4N | D13 | GND |
| A14 | GND | B14 | GND | C14 | GND | D14 | BANK89_IO_L9P |
| A15 | GND | B15 | GND | C15 | GND | D15 | GND |
| A16 | GND | B16 | GND | C16 | GND | D16 | GND |
| A17 | GND | B17 | GND | C17 | GND | D17 | GND |
| A18 | GND | B18 | TX_06_P | C18 | TX_06_N | D18 | GND |
| A19 | GND | B19 | GND | C19 | GND | D19 | GND |
| A20 | GND | B20 | GND | C20 | GND | D20 | GND |
| A21 | GND | B21 | GND | C21 | GND | D21 | GND |
| A22 | GND | B22 | TX_04_P | C22 | TX_04_N | D22 | GND |
| A23 | GND | B23 | GND | C23 | GND | D23 | GND |
| A24 | GND | B24 | GND | C24 | GND | D24 | GND |
| A25 | GND | B25 | GND | C25 | GND | D25 | GND |
| A26 | GND | B26 | TX_02_P | C26 | TX_02_N | D26 | GND |
| A27 | GND | B27 | GND | C27 | GND | D27 | GND |
| A28 | GND | B28 | GND | C28 | GND | D28 | GND |
| A29 | GND | B29 | GND | C29 | GND | D29 | GND |
| A30 | GND | B30 | TX_00_P | C30 | TX_00_N | D30 | GND |
| A31 | GND | B31 | GND | C31 | GND | D31 | GND |
| A32 | GND | B32 | GND | C32 | GND | D32 | GND |
| A33 | GND | B33 | GND | C33 | GND | D33 | NC |
| A34 | GND | B34 | RX_06_P | C34 | RX_06_N | D34 | GND |
| A35 | GND | B35 | GND | C35 | GND | D35 | GND |
| A36 | GND | B36 | GND | C36 | GND | D36 | GND |
| A37 | GND | B37 | GND | C37 | GND | D37 | NC |
| A38 | GND | B38 | RX_04_P | C38 | RX_04_N | D38 | GND |
| A39 | GND | B39 | GND | C39 | GND | D39 | GND |
| A40 | GND | B40 | GND | C40 | GND | D40 | GND |
| A41 | GND | B41 | GND | C41 | GND | D41 | NC |
| A42 | GND | B42 | RX_02_P | C42 | RX_02_N | D42 | GND |
| A43 | GND | B43 | GND | C43 | GND | D43 | GND |
| A44 | GND | B44 | GND | C44 | GND | D44 | GND |
| A45 | GND | B45 | GND | C45 | GND | D45 | NC |
| A46 | GND | B46 | RX_00_P | C46 | RX_00_N | D46 | GND |
| A47 | GND | B47 | GND | C47 | GND | D47 | GND |
| A48 | GND | B48 | GND | C48 | GND | D48 | GND |
| A49 | GND | B49 | GND | C49 | GND | D49 | GND |
| A50 | GND | B50 | GND | C50 | GND | D50 | GND |
表2-13-1 J1 连接器引脚分配
J1 连接器信号定义
| 标号 | 信号网络 | 标号 | 信号网络 | 标号 | 信号网络 | 标号 | 信号网络 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| E1 | VCC_5V | F1 | VCC_5V | G1 | VCC_5V | H1 | GND |
| E2 | VCC_5V | F2 | VCC_5V | G2 | VCC_5V | H2 | GND |
| E3 | GND | F3 | GND | G3 | GND | H3 | GND |
| E4 | GND | F4 | GND | G4 | GND | H4 | GND |
| E5 | GND | F5 | GND | G5 | GND | H5 | GND |
| E6 | GND | F6 | GND | G6 | GND | H6 | GND |
| E7 | GND | F7 | BANK89_IO_L12P | G7 | BANK89_IO_L12N | H7 | GND |
| E8 | BANK89_IO_L2N | F8 | GND | G8 | GND | H8 | GND |
| E9 | GND | F9 | BANK89_IO_GC_L8P | G9 | BANK89_IO_GC_L8N | H9 | GND |
| E10 | BANK89_IO_GC_L5N | F10 | GND | G10 | GND | H10 | GND |
| E11 | GND | F11 | BANK89_IO_L10P | G11 | BANK89_IO_L10N | H11 | GND |
| E12 | BANK89_IO_GC_L6N | F12 | GND | G12 | GND | H12 | GND |
| E13 | GND | F13 | BANK89_IO_L11P | G13 | BANK89_IO_L11N | H13 | GND |
| E14 | BANK89_IO_L9N | F14 | GND | G14 | GND | H14 | GND |
| E15 | GND | F15 | GND | G15 | GND | H15 | GND |
| E16 | GND | F16 | GND | G16 | GND | H16 | GND |
| E17 | GND | F17 | GND | G17 | GND | H17 | GND |
| E18 | GND | F18 | TX_07_P | G18 | TX_07_N | H18 | GND |
| E19 | GND | F19 | GND | G19 | GND | H19 | GND |
| E20 | GND | F20 | GND | G20 | GND | H20 | GND |
| E21 | GND | F21 | GND | G21 | GND | H21 | GND |
| E22 | GND | F22 | TX_05_P | G22 | TX_05_N | H22 | GND |
| E23 | GND | F23 | GND | G23 | GND | H23 | GND |
| E24 | GND | F24 | GND | G24 | GND | H24 | GND |
| E25 | GND | F25 | GND | G25 | GND | H25 | GND |
| E26 | GND | F26 | TX_03_P | G26 | TX_03_N | H26 | GND |
| E27 | GND | F27 | GND | G27 | GND | H27 | GND |
| E28 | GND | F28 | GND | G28 | GND | H28 | GND |
| E29 | GND | F29 | GND | G29 | GND | H29 | GND |
| E30 | GND | F30 | TX_01_P | G30 | TX_01_N | H30 | GND |
| E31 | GND | F31 | GND | G31 | GND | H31 | GND |
| E32 | GND | F32 | GND | G32 | GND | H32 | GND |
| E33 | GND | F33 | GND | G33 | GND | H33 | GND |
| E34 | GND | F34 | RX_07_P | G34 | RX_07_N | H34 | GND |
| E35 | NC | F35 | GND | G35 | GND | H35 | GND |
| E36 | GND | F36 | GND | G36 | GND | H36 | GND |
| E37 | GND | F37 | GND | G37 | GND | H37 | GND |
| E38 | GND | F38 | RX_05_P | G38 | RX_05_N | H38 | GND |
| E39 | NC | F39 | GND | G39 | GND | H39 | GND |
| E40 | GND | F40 | GND | G40 | GND | H40 | GND |
| E41 | GND | F41 | GND | G41 | GND | H41 | GND |
| E42 | GND | F42 | RX_03_P | G42 | RX_03_N | H42 | GND |
| E43 | NC | F43 | GND | G43 | GND | H43 | GND |
| E44 | GND | F44 | GND | G44 | GND | H44 | GND |
| E45 | GND | F45 | GND | G45 | GND | H45 | GND |
| E46 | GND | F46 | RX_01_P | G46 | RX_01_N | H46 | GND |
| E47 | NC | F47 | GND | G47 | GND | H47 | GND |
| E48 | GND | F48 | GND | G48 | GND | H48 | GND |
| E49 | GND | F49 | GND | G49 | GND | H49 | GND |
| E50 | GND | F50 | GND | G50 | GND | H50 | GND |
表2-13-2 J1 连接器引脚分配
J2 连接器信号定义
| 标号 | 信号网络 | 标号 | 信号网络 | 标号 | 信号网络 | 标号 | 信号网络 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| E1 | VCCO_501 | F1 | VCC_5V | G1 | VCC_5V | H1 | GND |
| E2 | VCCO_501 | F2 | VCC_501 | G2 | VCC_5V | H2 | GND |
| E3 | GND | F3 | GND | G3 | GND | H3 | GND |
| E4 | GND | F4 | CLKIN0_P | G4 | CLKIN0_N | H4 | GND |
| E5 | SYSREF_IN_N | F5 | GND | G5 | GND | H5 | GND |
| E6 | GND | F6 | GND | G6 | GND | H6 | GND |
| E7 | GND | F7 | BANK501_PS_MIO37 | G7 | BANK501_PS_MIO34 | H7 | GND |
| E8 | BANK501_PS_MIO36 | F8 | GND | G8 | GND | H8 | GND |
| E9 | GND | F9 | BANK501_PS_MIO41 | G9 | BANK501_PS_MIO38 | H9 | GND |
| E10 | BANK501_PS_MIO39 | F10 | GND | G10 | GND | H10 | GND |
| E11 | GND | F11 | BANK501_PS_MIO43 | G11 | BANK501_PS_MIO44 | H11 | GND |
| E12 | BANK501_PS_MIO45 | F12 | GND | G12 | GND | H12 | GND |
| E13 | GND | F13 | BANK501_PS_MIO48 | G13 | BANK501_PS_MIO51 | H13 | GND |
| E14 | BANK501_PS_MIO47 | F14 | GND | G14 | GND | H14 | GND |
| E15 | GND | F15 | BANK501_PS_MIO58 | G15 | BANK501_PS_MIO60 | H15 | GND |
| E16 | BANK501_PS_MIO59 | F16 | GND | G16 | GND | H16 | GND |
| E17 | GND | F17 | BANK501_PS_MIO63 | G17 | BANK501_PS_MIO62 | H17 | GND |
| E18 | BANK501_PS_MIO55 | F18 | GND | G18 | GND | H18 | GND |
| E19 | GND | F19 | BANK501_PS_MIO64 | G19 | BANK501_PS_MIO65 | H19 | GND |
| E20 | BANK501_PS_MIO71 | F20 | GND | G20 | GND | H20 | GND |
| E21 | GND | F21 | BANK501_PS_MIO75 | G21 | BANK501_PS_MIO70 | H21 | GND |
| E22 | BANK501_PS_MIO74 | F22 | GND | G22 | GND | H22 | GND |
| E23 | GND | F23 | JTAG_TDI | G23 | PS_ERROR | H23 | GND |
| E24 | BANK501_PS_MIO77 | F24 | GND | G24 | GND | H24 | GND |
| E25 | GND | F25 | PS_MODE2 | G25 | PS_MODE0 | H25 | GND |
| E26 | PS_MODE1 | F26 | GND | G26 | GND | H26 | GND |
| E27 | GND | F27 | NC | G27 | NC | H27 | GND |
| E28 | JTAG_TCK | F28 | GND | G28 | GND | H28 | GND |
| E29 | GND | F29 | BANK129_MGT_RX1_P | G29 | BANK129_MGT_RX1_N | H29 | GND |
| E30 | BANK129_MGT_RX2_N | F30 | GND | G30 | GND | H30 | GND |
| E31 | GND | F31 | BANK129_MGT_TX2_P | G31 | BANK129_MGT_TX2_N | H31 | GND |
| E32 | BANK129_MGT_TX3_N | F32 | GND | G32 | GND | H32 | GND |
| E33 | GND | F33 | BANK505_MGT_CLK0_P | G33 | BANK505_MGT_CLK0_N | H33 | GND |
| E34 | BANK129_MGT_TX0_N | F34 | GND | G34 | GND | H34 | GND |
| E35 | GND | F35 | BANK505_MGT_CLK3_P | G35 | BANK505_MGT_CLK3_N | H35 | GND |
| E36 | BANK505_MGT_CLK2_N | F36 | GND | G36 | GND | H36 | GND |
| E37 | GND | F37 | BANK128_MGT_RX1_P | G37 | BANK128_MGT_RX1_N | H37 | GND |
| E38 | BANK128_MGT_RX2_N | F38 | GND | G38 | GND | H38 | GND |
| E39 | GND | F39 | BANK128_MGT_TX2_P | G39 | BANK128_MGT_TX2_N | H39 | GND |
| E40 | BANK128_MGT_CLK1_N | F40 | GND | G40 | GND | H40 | GND |
| E41 | GND | F41 | BANK128_MGT_TX0_P | G41 | BANK128_MGT_TX0_N | H41 | GND |
| E42 | BANK128_MGT_TX1_N | F42 | GND | G42 | GND | H42 | GND |
| E43 | GND | F43 | BANK505_MGT_TX2_P | G43 | BANK505_MGT_TX2_N | H43 | GND |
| E44 | BANK505_MGT_TX1_N | F44 | GND | G44 | GND | H44 | GND |
| E45 | GND | F45 | BANK505_MGT_RX2_P | G45 | BANK505_MGT_RX2_N | H45 | GND |
| E46 | BANK505_MGT_RX3_N | F46 | GND | G46 | GND | H46 | GND |
| E47 | GND | F47 | BANK129_MGT_CLK1_N | G47 | BANK129_MGT_CLK1_P | H47 | GND |
| E48 | BANK505_MGT_RX0_N | F48 | GND | G48 | GND | H48 | GND |
| E49 | GND | F49 | GND | G49 | GND | H49 | GND |
| E50 | GND | F50 | GND | G50 | GND | H50 | GND |
表2-13-3 J2 连接器引脚分配
三、底板
图3-0-1 AXRF47 底板
简介
通过前面的功能介绍,我们可以了解到载板的部分功能
- 1 路 M.2 接口
- 1 路 USB3.0 接口
- 1 路千兆以太网接口
- 1 路 JTAG&UART 的 Type-C 接口
- 1 路 Micro SD 卡座
- 1 路 SFP 光口
- 1 路 QSFP28 光口
- 2 组 PL 扩展 IOx8,1 组 PS 扩展 IO
- 4 个用户 LED 灯
M.2 接口
AXRF47 开发板配备了一个 PCIE x2 标准的 M.2 接口,用于连接 M.2 的 SSD 固态硬盘。M.2 接口使用 M key 插槽,只支持 PCI-E,不支持 SATA,用户选择SSD 固态硬盘的时候需要选择 PCIE 类型的 SSD 固态硬盘。
PCIE 信号直接跟 ZU47DR 的 BANK505 PS MGT 收发器相连接,2 路 TX 信号和 RX 信号都是以差分信号方式连接到 MGT 的 LANE0、LANE1 上。PCIE 的时钟由 100MHz 的差分时钟提供,M.2 电路设计示意图如下所示:
图3-2-1 M.2 接口设计示意图
M.2 接口 ZYNQ 引脚分配
| 信号名称 | ZYNQ 引脚号 | M.2 连接器 J17 | |
| 引脚号 | 名称 | ||
| MGT_TX0_N | AA32 | 47 | PETn0 |
| MGT_TX0_P | AA31 | 49 | PETp0 |
| MGT_TX1_N | W32 | 35 | PETn1 |
| MGT_TX1_P | W31 | 37 | PETp1 |
| MGT_RX0_N | AB34 | 41 | PERn0 |
| MGT_RX0_P | AB33 | 43 | PERp0 |
| MGT_RX1_N | Y34 | 29 | PERn1 |
| MGT_RX1_P | Y33 | 31 | PERp1 |
| MGT_CLK0_N | Y30 | ||
| MGT_CLK0_P | Y29 | ||
表3-2-1 M.2 接口引脚分配
USB3.0 接口
AXRF47 载板上 1 个 USB3.0 接口,支持 HOST、SLAVE 工作模式,数据传输速率高达 5.0Gb/s。USB3.0 直接和外部 Type-A 接口连接,USB2.0 通过 ULPI 接口连接外部USB3320C 芯片,实现高速的 USB3.0 和USB2.0 数据通信。USB3.0 连接示意图如下:
图3-3-1 USB3.0 接口示意图
USB 接口引脚分配
| 信号名称 | 引脚名 | ZYNQ 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| USB_TX_N | BANK505_MGT_TX2_N | U32 | USB3.0 数据发送负 |
| USB_TX_P | BANK505_MGT_TX2_P | U31 | USB3.0 数据发送正 |
| USB_RX_N | BANK505_MGT_RX2_N | V34 | USB3.0 数据接送负 |
| USB_RX_P | BANK505_MGT_RX2_P | V33 | USB3.0 数据接送正 |
| USB_DATA0 | BANK502_PS_MIO56 | G23 | USB2.0 数据Bit0 |
| USB_DATA1 | BANK502_PS_MIO57 | F23 | USB2.0 数据Bit1 |
| USB_DATA2 | BANK502_PS_MIO54 | H23 | USB2.0 数据Bit2 |
| USB_DATA3 | BANK502_PS_MIO59 | D23 | USB2.0 数据Bit3 |
| USB_DATA4 | BANK502_PS_MIO60 | A23 | USB2.0 数据Bit4 |
| USB_DATA5 | BANK502_PS_MIO61 | E22 | USB2.0 数据Bit5 |
| USB_DATA6 | BANK502_PS_MIO62 | B23 | USB2.0 数据Bit6 |
| USB_DATA7 | BANK502_PS_MIO63 | C23 | USB2.0 数据Bit7 |
| USB_STP | BANK502_PS_MIO58 | B22 | USB2.0 停止信号 |
| USB_DIR | BANK502_PS_MIO53 | F22 | USB2.0 数据方向信号 |
| USB_CLK | BANK502_PS_MIO52 | G22 | USB2.0 时钟信号 |
| USB_NXT | BANK502_PS_MIO55 | D22 | USB2.0 下一个数据信号 |
| USB_RESET_N | BANK501_PS_MIO36 | C18 | USB2.0 复位信号 |
表3-3-1 USB3.0 接口引脚分配
千兆以太网接口
AXRF47 载板上有 1 路千兆以太网接口连接到 PS 端。以太网芯片采用创锐讯(Atheros)公司的第四代 AR8035 芯片为用户提供网络通信服务。PS 端的以太网 PHY 芯片连接到 ZYNQ 的 PS 端 BANK502 的 MIO 上。AR8035 芯片支持10/100/1000 Mbps 网络传输速率,通过 RGMII 接口跟 ZYNQ 系统的 MAC 层进行数据通信。千兆以太网 PHY 芯片连接示意图如下图所示:
图3-4-1 以太网连接示意图
AR8035 PHY 连接到 XCZU47DR RFSoC
| 信号名称 | 引脚名 | 引脚号 | AR8035 PHY U12 | |
| 引脚号 | 引脚名 | |||
| PHY_TX_CLK | BANK502_PS_MIO64 | D24 | 33 | GTX_CLK |
| PHY_TXD0 | BANK502_PS_MIO65 | C24 | 34 | TXD0 |
| PHY_TXD1 | BANK502_PS_MIO66 | F24 | 35 | TXD1 |
| PHY_TXD2 | BANK502_PS_MIO67 | F25 | 36 | TXD2 |
| PHY_TXD3 | BANK502_PS_MIO68 | E25 | 37 | TXD3 |
| PHY_TX_CTRL | BANK502_PS_MIO69 | E24 | 32 | TX_EN |
| PHY_RX_CLK | BANK502_PS_MIO70 | B25 | 31 | RX_CLK |
| PHY_RXD0 | BANK502_PS_MIO71 | A24 | 29 | RXD0 |
| PHY_RXD1 | BANK502_PS_MIO72 | C25 | 28 | RXD1 |
| PHY_RXD2 | BANK502_PS_MIO73 | A25 | 26 | RXD2 |
| PHY_RXD3 | BANK502_PS_MIO74 | C26 | 25 | RXD3 |
| PHY_RX_CTRL | BANK502_PS_MIO75 | B26 | 30 | RX_DV |
| PHY_MDC | BANK502_PS_MIO76 | E26 | 40 | MDC |
| PHY_MDIO | BANK502_PS_MIO77 | D26 | 39 | MDIO |
| PS_POR_B | BANK501_PS_MIO44 | C20 | 1 | RSTn |
表3-4-1 以太网引脚分配
Micro SD 卡座
AXRF47 载板包含一个 Micro SD 卡接口,以提供用户访问 SD 卡存储器,用于存储 BOOT 程序、Linux 操作系统内核、文件系统以及其它的用户数据文件。SD 卡 IO 信号与 PS BANK501 的 MIO 信号相连,PS 和 SD 卡连接器连接示
意图如下如所示:
图3-5-1 SD 卡连接示意图
SD 卡引脚分配
| 信号名称 | 引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| SDIO_CLK | BANK501_PS_MIO51 | B21 | SD 时钟信号 |
| SDIO_CMD | BANK501_PS_MIO50 | A22 | SD 命令信号 |
| SDIO_DAT0 | BANK501_PS_MIO46 | A20 | SD 数据 Bit0 |
| SDIO_DAT1 | BANK501_PS_MIO47 | D21 | SD 数据 Bit1 |
| SDIO_DAT2 | BANK501_PS_MIO48 | C21 | SD 数据 Bit2 |
| SDIO_DAT3 | BANK501_PS_MIO49 | E21 | SD 数据 Bit3 |
| SDIO_DETECT | BANK501_PS_MIO45 | B20 | SD 卡检测信号 |
表3-5-1 SD 卡引脚分配
光纤接口
AXRF47 载板上有 2 路光纤接口,1 路 SFP 接口,1 路 QSFP28 接口。2 路光纤接口分别跟 ZYNQ 的 BANK128、BAN129 上的 GTY 收发器相连接。BANK128 的 2 个参考时钟分别由 ACRF47 核心板的 LMK04828 芯片和载板上的差分晶振提供 156.25MHz。
QSFP28 接口连接示意图如下图所示:
图3-6-1 光纤设计示意图
QSFP 接口引脚分配
| 信号名称 | ZYNQ 引脚名 | ZYNQ 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| QSFP_RX0_N | MGTYRXN0_128 | P34 | |
| QSFP_RX0_P | MGTYRXP0_128 | P33 | |
| QSFP_RX1_N | MGTYRXN1_128 | M34 | |
| QSFP_RX1_P | MGTYRXP1_128 | M33 | |
| QSFP_RX2_N | MGTYRXN2_128 | K34 | |
| QSFP_RX2_P | MGTYRXP2_128 | K33 | |
| QSFP_RX3_N | MGTYRXN3_128 | H34 | |
| QSFP_RX3_P | MGTYRXP3_128 | H33 | |
| QSFP_TX0_N | MGTYTXN0_128 | N31 | |
| QSFP_TX0_P | MGTYTXP0_128 | N30 | |
| QSFP_TX1_N | MGTYTXN1_128 | L31 | |
| QSFP_TX1_P | MGTYTXP1_128 | L30 | |
| QSFP_TX2_N | MGTYTXN2_128 | J31 | |
| QSFP_TX2_P | MGTYTXP2_128 | J30 | |
| QSFP_TX3_N | MGTYTXN3_128 | G31 | |
| QSFP_TX3_P | MGTYTXP3_128 | G30 |
表3-6-1 光纤引脚分配
BANK128 参考时钟分配
| ZYNQ 引脚名 | ZYNQ 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|
| MGTREFCLK0N_128 | M29 | LMK04828 的 SDCLKOUT3 输出 默认配置 156.25MHz |
| MGTREFCLK0P_128 | M28 | LMK04828 的 SDCLKOUT3 输出 默认配置 156.25MHz |
| MGTREFCLK1N_128 | K29 | 载板 156.25MHz 差分输出 |
| MGTREFCLK1P_128 | K28 | 载板 156.25MHz 差分输出 |
| MGTREFCLK0N_129 | H29 | LMK04828 的 SDCLKOUT1 输出 默认配置 156.25MHz |
| MGTREFCLK0P_129 | H28 | LMK04828 的 SDCLKOUT1 输出 默认配置 156.25MHz |
表3-6-2 参考时钟引脚分配
SFP 接口引脚分配
| 信号名称 | ZYNQ 引脚名 | ZYNQ 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| SFP_RX0_N | MGTYRXN0_129 | F34 | |
| SFP_RX0_P | MGTYRXP0_129 | F33 | |
| SFP_TX0_N | MGTYTXN0_129 | E31 | |
| SFP_TX0_P | MGTYTXP0_129 | E30 |
表3-6-3 SFP 接口引脚分配
低速控制 IO 处理:
| QSFP 低速 IO 信号名 | 备注 | SFP 低速 IO 信号名 | 备注 | |
| SCL | 上拉 3.3v | TX_FULT | 上拉 3.3v | |
| SDA | 上拉 3.3v | TX_DISABLE | 接地 | |
| ModSeIL | 上拉 3.3v | RATE_SELECT0 | 上拉 3.3v | |
| ResetL | 上拉 3.3v | RATE_SELECT1 | 上拉 3.3v | |
| ModPrsl | 上拉 3.3v | LOS | 上拉 3.3v | |
| intL | 上拉 3.3v | |||
| LPMode | 接地 | |||
表3-6-4 光纤低速 IO 信号处理方式
JTAG&UART 接口
AXRF47 载板上预留了一个 JTAG&UART 接口,用于下载调试 FPGA 程序或者固化程序到 FLASH。我们这里使用了 FTDI 的第 5 待 USB 设备芯片 FT2232H 芯片,它是一个 USB2.0 高速至 UART/FIFO 芯片,有两个多协议同步串行引擎允许使用 JTAG。具有在多种工业标准串行或并行接口配置的能力。
JTAG&UART 连接示意图如下图所示:
图3-7-1 JTAG&UART 连接器连接示意图
| 信号名称 | 引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| UART0_TX | BANK501_PS_MIO43 | A19 | PS Uart 数据输出 |
| UART0_RX | BANK501_PS_MIO42 | E20 | PS Uart 数据输入 |
表3-7-1 UART 连接器引脚分配
GPS 模块(选配)
AXRF47 载板可以选配 GPS 模块 NEO-M8N,这是一款高性能的 GNSS 接收器模块,具有卓越的定位精度和灵敏度。该模块采用了最新的 u-blox M8 芯片, 支持 GPS、GLONASS、BeiDou、Galileo 等多种卫星系统,能够提供全球范围内的定位数据。GPS 连接示意图如下图所示:
图3-8-1 GPS 模块连接示意图
GPS 模块引脚分配
| 信号名称 | 引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| GPS_PPS_1S | IO_L10P_AD2P_89 | K11 | TIMEPLUSE |
| GPS_TXD | IO_L9P_AD3P_89 | H10 | TXD_MISO |
表3-8-1 GPS 模块引脚分配
扩展 IO 和 LED 灯
AXRF47 载板扩展了 2 组 PL 端 IO(x8),一组 PS 端 IO(x10)。
图3-9-1 扩展 IO 电路连接图
J11 扩展 IO 管脚分配
| 信号名称 | 引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| USER_IO0 | IO_L6N_HDGC_AD6N_89 | E9 | |
| USER_IO1 | IO_L5P_HDGC_AD7P_89 | E11 | |
| USER_IO2 | IO_L5N_HDGC_AD7N_89 | D11 | |
| USER_IO3 | IO_L4P_AD8P_89 | D9 | |
| USER_IO4 | IO_L4N_AD8N_89 | C9 | |
| USER_IO5 | IO_L3P_AD9P_89 | A10 | |
| USER_IO6 | IO_L3N_AD9N_89 | A9 | |
| USER_IO7 | IO_L2P_AD10P_89 | C10 |
表3-9-1 J11扩展 IO引脚分配
J9 扩展 IO 管脚分配
| 信号名称 | 引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| USER_IOB0 | IO_L10N_AD2N_89 | K10 | |
| USER_IOB1 | IO_L11P_AD1P_89 | J11 | |
| USER_IOB2 | IO_L11N_AD1N_89 | H11 | |
| USER_IOB3 | IO_L8P_HDGC_AD4P_89 | G11 | |
| USER_IOB4 | IO_L8N_HDGC_AD4N_89 | G10 | |
| USER_IOB5 | IO_L7P_HDGC_AD5P_89 | F10 | |
| USER_IOB6 | IO_L7N_HDGC_AD5N_89 | F9 | |
| USER_IOB7 | IO_L6P_HDGC_AD6P_89 | E10 |
表3-9-2 J9扩展 IO引脚分配
J10 扩展 IO 管脚分配
| 信号名称 | 引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| BANK501_PS_MIO30 | PS_MIO30 | H20 | |
| BANK501_PS_MIO31 | PS_MIO31 | G20 | |
| BANK501_PS_MIO32 | PS_MIO32 | F19 | |
| BANK501_PS_MIO33 | PS_MIO33 | G21 | |
| BANK501_PS_MIO34 | PS_MIO34 | D18 | |
| BANK501_PS_MIO35 | PS_MIO35 | F20 | |
| BANK501_PS_MIO38 | PS_MIO38 | B18 | |
| BANK501_PS_MIO39 | PS_MIO39 | D19 | |
| BANK501_PS_MIO40 | PS_MIO40 | A18 | |
| BANK501_PS_MIO41 | PS_MIO41 | C19 |
表3-9-3 J10扩展 IO引脚分配
AXRF47 载卡上可以扩展出 4 个用户自定义的 LED 灯,4 个扩展 IO 引到了
2PIN 的 TJC3 直插针座上。
图3-9-2 LED 灯扩展 IO 电路示意图
LED 灯扩展 IO 管脚分配
| 信号名称 | 引脚名 | 引脚号 | 备注 |
|---|---|---|---|
| LEDG0 | IO_L9N_AD3N_89 | H9 | |
| LEDG1 | IO_L1N_AD11N_89 | B11 | |
| LEDG2 | IO_L2N_AD10N_89 | B10 | |
| LEDG3 | IO_L1P_AD11P_89 | C11 |
表3-9-4 LED 灯引脚分配
拨码开关配置
AXRF47 开发板上有一个 2 位的拨码开关SWC1 和 2 个跳线帽来配置ZYNQ 系统的启动模式。RFEVM 开发平台支持 3 种启动模式,分别是 JTAG 调试模式、QSPI FLASH 和 SD 卡启动模式。ACRF47 芯片上电后会检测(PS_MODE0~3)的电平来决定那种启动模式。用户可以同通过拨码开关 SWC1 来选择不同的启动模式。
图3-10-1 PS_MODE 电路示意图
默认配置为 SWC3 通过跳线帽短接即 PS_MODE0=0 , SWC2 默认上拉即 PS_MODE1=1;
图3-10-2 配置示意图
SWC1 启动模式配置如下表所示。
表 21 SWC1 启动模式配置
| 拨码 SWC1 位置(1、2) | MODE[3:0] | 启动模式 |
|---|---|---|
| ON,ON | 0010 | QSPI |
| OFF,OFF | 1110 | SD |
图3-10-1 PS_MODE启动模式配置
注意:在 SD 卡启动模式下,JTAG 功能依然可以正常使用;
电源
AXRF47 开发板的电源输入电压为 DC12V,载板上通过多路电源芯片产生
+5V、+1.8V、+33V 电源。
电源设计框图如下图所示:
图3-11-1 AXRF47 载板电源接口部分
结构尺寸图
图3-12-1 AXRF47 正面图