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AXKU15S V1.0 开发板用户手册

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AXKU15SDevelopment Board User Manual


文档修改履历

章节修订综述
V1.0
全部初版发布

目 录

第一章 开发板简介 6

第二章 ACKU15S 核心板 8

2.1 简介 8

2.2 FPGA 芯片 9

2.3 DDR410

2.4 QSPI Flash16

2.5 时钟配置 17

2.6 LED 灯 18

2.7 电源 19

2.8 结构图 20

2.9 连接器管脚定义 20

第三章 扩展板 40

3.1 简介 40

3.2 PCIe 插槽 40

3.3 千兆网接口 44

3.4 FMC HPC 接口 45

3.5 MIPI 接口 57

3.6 USB 转串口 59

3.7 SD 卡槽 60

3.8 SATA 接口 60

3.9 按键和 LED 灯 61

3.10 EEPROM63

3.11 温度传感器 63

3.12 光纤接口 64

3.13 JTAG 调试口 67

3.14 时钟配置 67

3.15 电源 69

3.16 结构尺寸图 70


芯驿电子科技(上海)有限公司基于 Xilinx FPGA Kintex Ultrascale+开发平台的开发板(型号 AXKU15S)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 Ultrascale+ 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 Xilinx 的 Kintex Ultrascale+芯片 XCKU15P-FFVE1517 的解决方案,挂载了 5 片每片 1GB 的高速 DDR4 SDRAM 芯片和 2 片每片 64MB 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 PCIe3.0x16 接口、2 路 FMC HPC 接口、1 路千兆以太网接口、2 个 QSFP28 光纤接口、2 路 MIPIx4 输入接口、1 路 UART 串口接口、1 路 SD 卡接口等等。可满足用户各种高速数据交换,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。下图为开发板实物图。

image2.png

图 1.1.1-AXKU15S 开发板实物图


第一章 开发板简介

在这里,对这款 Kintex Ultrascale+ AXKU15S 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对板连接器连接。

核心板主要由 XCKU15PFFVE1517 +5 个 DDR4 + QSPI FLASH 的最小系统构成。采用 Xilinx 的 Kintex Ultrascale+系列的芯片,型号为 XCKU15PFFVE1517。在 FPGA 芯片的 HP 端口上连接了 5 片 DDR4 存储芯片,每片 DDR4 容量高达 1GB,组成 80 位的数据位宽。2 片每片 64MB 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 PCIe3.0x16 接口、2 路 FMC HPC 接口、1 路千兆网接口、2 路 MIPI 输入接口、1 路 UART 串口接口、1 路 SD 卡接口、一些按键及 LED。

下图为整个开发系统的结构示意图:

image3.png

图 1.1.2-开发系统结构示意图

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 XCKU15P + 5 个 DDR4 + 2 个 QSPI FLASH 的最小系统组成,另外有两个 200MHz 晶振为 FPGA 和 DDR 提供逻辑控制和参考时钟。

  • PCIe3.0 x16 接口:支持 PCI Express 3.0 标准,提供标准的 PCIe x16 高速数据传输接口,单通道通信速率可高达 8Gbps。

  • 2 路 FMC HPC 接口:FPGA 中的 8 路高速收发器连接到 FMC HPC 专用的高速管脚上,其中 1 个 FMC 接口引出 34 对 LA 信号差分对、2 对时钟信号及 24 对 HA 信号;另一 FMC 接口引出 34 对 LA 信号差分对和 2 对时钟信号,可满足高速信号传输要求,符合 FMC 标准,可以各种 FMC 模块(HDMI 输入输出模块,高速 AD 模块等等)。

  • 1 路千兆网接口:千兆以太网接口芯片采用 JL2121D 以太网 PHY 芯片为用户提供网络通信服务。芯片支持 10/100/1000 Mbps 网络传输速率,全双工和自适应。

  • 2 路 MIPI 输入接口:板载 2 路 MIPI lanex4 输入接口,最高速率支持 2.5Gb/s,用于连接 MIPI 摄像头模块。

  • 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 CP2102N 的 USB-UART 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。

  • 2 路 SATA 接口:2 个标准的 SATA 接口,可用连接 SATA 外设,如 SATA 接口的固态硬盘。

  • 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 XILINX 下载器对 FPGA 系统进行调试和下载。

  • LED 灯:10 个发光二极管 LED, 核心板上 3 个,底板上 7 个。核心板上 1 个电源指示灯;1 个 DONE 配置指示灯和用户指示灯。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。

第二章 ACKU15S 核心板

2.1 简介

ACKU15S(核心板型号,下同)核心板,FPGA 芯片是基于 Xilinx FPGA Kintex Ultrascale+的主芯片 XCKU15PFFVE1517 设计。核心板在 FPGA 的 HP 端口上连接了 5 片 DDR4 存储芯片组成 80 位的数据带宽,每片 DDR4 容量高达 1GB,DDR 的最高运行数据速率 2666Mbps。另外核心板上也集成了 2 片每片 64MB 大小的 QSPI FLASH,用于启动存储配置和系统文件。

这款核心板的采用 4 个板对板连接器扩展出了 236 个 HPIO 和 88 个 HDIO,引出的 IO 的电平可以通过更换底板上的 LDO 芯片来修改,满足用户不同电平接口的要求;另外核心板也扩展出了 24 对 GTY 和 32 对 GTH 高速收发器接口。对于需要大量 IO 和高速收发器的用户,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*80(mm),对于二次开发来说,非常适合。

image4.png

图 2.1.1-ACKU15S 核心板正面图

2.2 FPGA 芯片

前面已经介绍过了,我们所使用的 FPGA 型号为 XCKU15P-FFVE1517,属于 Xilinx 公司 Kintex Ultrascale+系列的产品,速度等级为 2,温度等级为工业级。此型号为 FFVE1517 封装,1517 个引脚。Xilinx Kintex Ultrascale+ FPGA 的芯片命名规则如下:

image5.png

图 2.2.1-芯片命名规则。

其中 FPGA 芯片的主要参数如下所示:

名称具体参数
Logic Cells 1143K
触发器(FF) 1,045,440
LUTs 522,720
Total Block RAM 34.6Mb
DSP Slices 1968
CMTs 11
GTY/Gb/s 24/28.21
GTH/Gb/s 32/ 16.3
PCIe Gen3 x16 1
速度等级 -2
温度等级 工业级

表 2.2.1-芯片主要参数

2.3 DDR4

ACKU15S 开发板上配有 5 片 Nanya(南亚科技)的 1GB 的 DDR4 芯片,型号为 NT5AD512M16C4-HR,连接在 FPGA 的 HP 端,组成 80 位数据总和 5GB 的容量。DDR4 SDRAM 的在 FPGA 端的最高运行数据速率 2666Mbps,5 片 DDR4 存储系统直接连接到了 BANK 66、67、68 的存储器接口上。DDR4 SDRAM 的具体配置如下表所示。

位号芯片型号容量厂家
U3、U4、U7、U8、U9 NT5AD512M16C4-HR 1GB Nanya

表 2.3.1-DDR4 SDRAM 配置

DDR4 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 DDR4 的高速稳定的工作。FPGA 端的 DDR4 的硬件连接方式如图所示:

image6.png

图 2.3.1- DDR4 DRAM 原理图部分

DDR4 SDRAM 引脚分配:

信号名称FPGA 引脚名FPGA 引脚号
DDR4_D0 IO_L20P_T3L_N2_AD1P_66 AJ28
DDR4_D1 IO_L24P_T3U_N10_66 AK27
DDR4_D2 IO_L21N_T3L_N5_AD8N_66 AK26
DDR4_D3 IO_L24N_T3U_N11_66 AL27
DDR4_D4 IO_L21P_T3L_N4_AD8P_66 AJ26
DDR4_D5 IO_L23P_T3U_N8_66 AN26
DDR4_D6 IO_L23N_T3U_N9_66 AN27
DDR4_D7 IO_L20N_T3L_N3_AD1N_66 AK28
DDR4_D8 IO_L15P_T2L_N4_AD11P_66 AK22
DDR4_D9 IO_L14P_T2L_N2_GC_66 AL24
DDR4_D10 IO_L17N_T2U_N9_AD10N_66 AJ23
DDR4_D11 IO_L14N_T2L_N3_GC_66 AM25
DDR4_D12 IO_L17P_T2U_N8_AD10P_66 AH23
DDR4_D13 IO_L18N_T2U_N11_AD2N_66 AK24
DDR4_D14 IO_L15N_T2L_N5_AD11N_66 AK23
DDR4_D15 IO_L18P_T2U_N10_AD2P_66 AJ24
DDR4_D16 IO_L12P_T1U_N10_GC_66 AN25
DDR4_D17 IO_L9N_T1L_N5_AD12N_66 AP23
DDR4_D18 IO_L11P_T1U_N8_GC_66 AP24
DDR4_D19 IO_L8P_T1L_N2_AD5P_66 AT25
DDR4_D20 IO_L9P_T1L_N4_AD12P_66 AN23
DDR4_D21 IO_L12N_T1U_N11_GC_66 AP26
DDR4_D22 IO_L11N_T1U_N9_GC_66 AP25
DDR4_D23 IO_L8N_T1L_N3_AD5N_66 AT26
DDR4_D24 IO_L3P_T0L_N4_AD15P_66 AU23
DDR4_D25 IO_L6P_T0U_N10_AD6P_66 AV26
DDR4_D26 IO_L5N_T0U_N9_AD14N_66 AU24
DDR4_D27 IO_L2P_T0L_N2_66 AW25
DDR4_D28 IO_L5P_T0U_N8_AD14P_66 AT24
DDR4_D29 IO_L2N_T0L_N3_66 AW26
DDR4_D30 IO_L3N_T0L_N5_AD15N_66 AV23
DDR4_D31 IO_L6N_T0U_N11_AD6N_66 AV27
DDR4_D32 IO_L21P_T3L_N4_AD8P_68 AM38
DDR4_D33 IO_L24N_T3U_N11_68 AK39
DDR4_D34 IO_L23N_T3U_N9_68 AL37
DDR4_D35 IO_L20P_T3L_N2_AD1P_68 AL39
DDR4_D36 IO_L21N_T3L_N5_AD8N_68 AN38
DDR4_D37 IO_L24P_T3U_N10_68 AJ39
DDR4_D38 IO_L23P_T3U_N8_68 AL36
DDR4_D39 IO_L20N_T3L_N3_AD1N_68 AM39
DDR4_D40 IO_L18N_T2U_N11_AD2N_68 AM35
DDR4_D41 IO_L18P_T2U_N10_AD2P_68 AL35
DDR4_D42 IO_L14N_T2L_N3_GC_68 AM34
DDR4_D43 IO_L14P_T2L_N2_GC_68 AL34
DDR4_D44 IO_L17P_T2U_N8_AD10P_68 AH33
DDR4_D45 IO_L15N_T2L_N5_AD11N_68 AK35
DDR4_D46 IO_L17N_T2U_N9_AD10N_68 AJ33
DDR4_D47 IO_L15P_T2L_N4_AD11P_68 AJ34
DDR4_D48 IO_L11P_T1U_N8_GC_68 AK32
DDR4_D49 IO_L11N_T1U_N9_GC_68 AL32
DDR4_D50 IO_L8N_T1L_N3_AD5N_68 AJ30
DDR4_D51 IO_L12N_T1U_N11_GC_68 AM33
DDR4_D52 IO_L9P_T1L_N4_AD12P_68 AH31
DDR4_D53 IO_L9N_T1L_N5_AD12N_68 AH32
DDR4_D54 IO_L8P_T1L_N2_AD5P_68 AJ29
DDR4_D55 IO_L12P_T1U_N10_GC_68 AM32
DDR4_D56 IO_L5P_T0U_N8_AD14P_68 AL29
DDR4_D57 IO_L2N_T0L_N3_68 AM30
DDR4_D58 IO_L5N_T0U_N9_AD14N_68 AM29
DDR4_D59 IO_L6N_T0U_N11_AD6N_68 AN33
DDR4_D60 IO_L3P_T0L_N4_AD15P_68 AP28
DDR4_D61 IO_L2P_T0L_N2_68 AL30
DDR4_D62 IO_L3N_T0L_N5_AD15N_68 AP29
DDR4_D63 IO_L6P_T0U_N10_AD6P_68 AN32
DDR4_D64 IO_L5N_T0U_N9_AD14N_67 AU29
DDR4_D65 IO_L6N_T0U_N11_AD6N_67 AW31
DDR4_D66 IO_L3P_T0L_N4_AD15P_67 AW28
DDR4_D67 IO_L6P_T0U_N10_AD6P_67 AV31
DDR4_D68 IO_L5P_T0U_N8_AD14P_67 AT29
DDR4_D69 IO_L2N_T0L_N3_67 AU30
DDR4_D70 IO_L3N_T0L_N5_AD15N_67 AW29
DDR4_D71 IO_L2P_T0L_N2_67 AT30
DDR4_D72 IO_L9P_T1L_N4_AD12P_67 AT35
DDR4_D73 IO_L8P_T1L_N2_AD5P_67 AW34
DDR4_D74 IO_L11N_T1U_N9_GC_67 AU33
DDR4_D75 IO_L12P_T1U_N10_GC_67 AU34
DDR4_D76 IO_L11P_T1U_N8_GC_67 AU32
DDR4_D77 IO_L9N_T1L_N5_AD12N_67 AT36
DDR4_D78 IO_L12N_T1U_N11_GC_67 AU35
DDR4_D79 IO_L8N_T1L_N3_AD5N_67 AW35
DDR4_DM0 IO_L19P_T3L_N0_DBC_AD9P_66 AL25
DDR4_DM1 IO_L13P_T2L_N0_GC_QBC_66 AM23
DDR4_DM2 IO_L7P_T1L_N0_QBC_AD13P_66 AR23
DDR4_DM3 IO_L1P_T0L_N0_DBC_66 AW23
DDR4_DM4 IO_L19P_T3L_N0_DBC_AD9P_68 AM37
DDR4_DM5 IO_L13P_T2L_N0_GC_QBC_68 AK33
DDR4_DM6 IO_L7P_T1L_N0_QBC_AD13P_68 AH30
DDR4_DM7 IO_L1P_T0L_N0_DBC_68 AM28
DDR4_DM8 IO_L1P_T0L_N0_DBC_67 AU28
DDR4_DM9 IO_L7P_T1L_N0_QBC_AD13P_67 AV35
DDR4_DQS0_N IO_L22N_T3U_N7_DBC_AD0N_66 AH27
DDR4_DQS0_P IO_L22P_T3U_N6_DBC_AD0P_66 AH26
DDR4_DQS1_N IO_L16N_T2U_N7_QBC_AD3N_66 AJ25
DDR4_DQS1_P IO_L16P_T2U_N6_QBC_AD3P_66 AH25
DDR4_DQS2_N IO_L10N_T1U_N7_QBC_AD4N_66 AR27
DDR4_DQS2_P IO_L10P_T1U_N6_QBC_AD4P_66 AR26
DDR4_DQS3_N IO_L4N_T0U_N7_DBC_AD7N_66 AV25
DDR4_DQS3_P IO_L4P_T0U_N6_DBC_AD7P_66 AU25
DDR4_DQS4_N IO_L22N_T3U_N7_DBC_AD0N_68 AK38
DDR4_DQS4_P IO_L22P_T3U_N6_DBC_AD0P_68 AK37
DDR4_DQS5_N IO_L16N_T2U_N7_QBC_AD3N_68 AN36
DDR4_DQS5_P IO_L16P_T2U_N6_QBC_AD3P_68 AN35
DDR4_DQS6_N IO_L10N_T1U_N7_QBC_AD4N_68 AL31
DDR4_DQS6_P IO_L10P_T1U_N6_QBC_AD4P_68 AK31
DDR4_DQS7_N IO_L4N_T0U_N7_DBC_AD7N_68 AN31
DDR4_DQS7_P IO_L4P_T0U_N6_DBC_AD7P_68 AN30
DDR4_DQS8_N IO_L4N_T0U_N7_DBC_AD7N_67 AW30
DDR4_DQS8_P IO_L4P_T0U_N6_DBC_AD7P_67 AV30
DDR4_DQS9_N IO_L10N_T1U_N7_QBC_AD4N_67 AV33
DDR4_DQS9_P IO_L10P_T1U_N6_QBC_AD4P_67 AV32
DDR4_OTD IO_L17N_T2U_N9_AD10N_67 AR33
DDR4_PAR IO_L7N_T1L_N1_QBC_AD13N_67 AV36
DDR4_RAS_B IO_L16N_T2U_N7_QBC_AD3N_67 AP35
DDR4_RST IO_T2U_N12_68 AH34
DDR4_WE_B IO_T2U_N12_67 AP31
DDR4_A0 IO_L22N_T3U_N7_DBC_AD0N_67 AV38
DDR4_A1 IO_L21P_T3L_N4_AD8P_67 AR38
DDR4_A2 IO_L20N_T3L_N3_AD1N_67 AV37
DDR4_A3 IO_L18N_T2U_N11_AD2N_67 AR36
DDR4_A4 IO_L24N_T3U_N11_67 AU39
DDR4_A5 IO_L23P_T3U_N8_67 AP38
DDR4_A6 IO_L15N_T2L_N5_AD11N_67 AT31
DDR4_A7 IO_L23N_T3U_N9_67 AP39
DDR4_A8 IO_L1N_T0L_N1_DBC_67 AV28
DDR4_A9 IO_L24P_T3U_N10_67 AT39
DDR4_A10 IO_L22P_T3U_N6_DBC_AD0P_67 AU38
DDR4_A11 IO_T3U_N12_67 AW36
DDR4_A12 IO_L19P_T3L_N0_DBC_AD9P_67 AR37
DDR4_A13 IO_L21N_T3L_N5_AD8N_67 AR39
DDR4_ACT_B IO_L19N_T3L_N1_DBC_AD9N_67 AT37
DDR4_ALERT_B IO_L13N_T2L_N1_GC_QBC_68 AK34
DDR4_BA0 IO_T1U_N12_67 AW33
DDR4_BA1 IO_L18P_T2U_N10_AD2P_67 AP36
DDR4_BG0 IO_L15P_T2L_N4_AD11P_67 AR31
DDR4_CAS_B IO_L16P_T2U_N6_QBC_AD3P_67 AP34
DDR4_CKE IO_L20P_T3L_N2_AD1P_67 AU37
DDR4_CLK_N IO_L13N_T2L_N1_GC_QBC_67 AT34
DDR4_CLK_P IO_L13P_T2L_N0_GC_QBC_67 AR34
DDR4_CLKREF_N IO_L14N_T2L_N3_GC_67 AT32
DDR4_CLKREF_P IO_L14P_T2L_N2_GC_67 AR32
DDR4_CS_B IO_L17P_T2U_N8_AD10P_67 AP33

表 2.3.2-DDR4 SDRAM 引脚分配

2.4 QSPI Flash

核心板配有 2 片 64MB 大小的 Quad-SPI FLASH 芯片,型号为 MT25QU512ABB1EW9,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所示。

位号芯片类型容量厂家
U10、U11 MT25QU512ABB1EW9 512Mbit Micron

表 2.4.1-QSPI Flash 的型号和参数

QSPI FLASH 连接到 FPGA 芯片的的专用管脚上,其中时钟管脚连接到专用 BANK0 的 CLK0 上,数据管脚分别连接到 BANK0 和 BANK65 上。下图为 QSPI Flash 和 FPGA 芯片的连接示意图。

image7.png

图 2.4.1-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
QSPI_CLK CCLK_0 AD23
QSPI0_CS RDWR_FCS_B_0 AG22
QSPI0_DQ0 D00_MOSI_0 AD25
QSPI0_DQ1 D01_DIN_0 AD26
QSPI0_DQ2 D02_0 AE22
QSPI0_DQ3 D03_0 AE23
QSPI1_CS IO_L2N_T0L_N3_FWE_FCS2_B_65 AV11
QSPI1_DQ0 IO_L22P_T3U_N6_DBC_AD0P_D04_65 AM12
QSPI1_DQ1 IO_L22N_T3U_N7_DBC_AD0N_D05_65 AN12
QSPI1_DQ2 IO_L21P_T3L_N4_AD8P_D06_65 AR13
QSPI1_DQ3 IO_L21N_T3L_N5_AD8N_D07_65 AR12

表 2.4.2-QSPI 引脚分配

2.5 时钟配置

核心板上为 FPGA 系统提供了 200MHz 的 2 路差分有源时钟。分别为 FPGA 逻辑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:

image8.png

图 2.5.1-核心板时钟源

FPGA 系统时钟源

板上提供了 2 个 200MHz 差分晶振,可为 DDR4 控制器及 FPGA 逻辑提供参考时钟。晶振输出连接到 FPGA BANK66 和 BANK94 的全局时钟上,这个全局时钟可以用来驱动 FPGA 内的 DDR4 控制器和用户逻辑电路。该时钟源的 FPGA 引脚分配如下表所示:

信号名称FPGA 引脚名 FPGA 引脚
B94_L5_P IO_L5P_HDGC_94 G12
B94_L5_N IO_L5N_HDGC_94 G11
DDR4_CLKREF_P IO_L14P_T2L_N2_GC_67 AR32
DDR4_CLKREF_N IO_L14N_T2L_N3_GC_67 AT32

表 2.5.1-时钟引脚分配

2.6 LED 灯

ACKU15S 核心板上有 3 个红色 LED 灯,其中 1 个是电源指示灯(PWR1),1 个是配置 LED 灯(D1),还有一个用户指示灯(LED1)。核心板上电时指示灯会亮起;当 FPGA 配置程序后,配置 LED 灯会亮起。用户指示灯可用于自定义功能指示。LED 灯硬件连接的示意图如图 2.6.1 所示:

image9.png

图 2.6.1-核心板 LED 灯硬件连接示意图

用户指示灯引脚分配:

信号名称FPGA 引脚名FPGA 引脚
LED1 IO_T1U_N12_66 AT27

表 2.6.1-用户指示灯引脚分配

2.7 电源

ACKU15S 核心板供电电压为 +12V,通过连接底板供电。+12V 通过 DCDC 电源芯片 IS6608 产生 FPGA 核心电源,输出电流高达 60A,可满足核心电压的电流需求。+12V 电源再通过 3 个 DCDC 芯片:SGM61163 产生 VCCAUX,IS66066 产生 MGTAVCC,MGTAVTT 电源,给 FPGA 辅助电源和高速收发器供电。同时 +12V 电源再通过 DCDC 芯片 ETA1471 与 SGM61163 来产生 +1.2V,VCC1V8_FPGA、D3V3 电源给 DDR4、FPGA 的 BANK 及外设供电。另外 D3V3 通过 2 个 LDO 芯片 ETA5060 产生高速收发器的辅助电源和 FPGA 的 ADC 供电电源 +1.8V;DDR4 的 VTT 和 DDR2V5 电压由 TPS51200 和 ETA5050 产生。

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,保证芯片的正常工作。板上的电源设计示意图如下图 2.7.1 所示:

image10.png

图 2.7.1-原理图中电源接口部分

2.8 结构图

image11.png

图 2.8.1-核心板正面图(Top View)

2.9 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 240Pin 的板对板连接器(J1~J4)和底板连接,核心板供电由 J3 连接器输入。其中 J2 连接扩展板可调电压 VCCIO_64 和 VCCIO_65,J3 连接扩展板 +12V 电源,J4 连接扩展板 VCCO_90_91_93_94,可通过扩展板更换 LDO 芯片或者通过 0Ω电阻选择可调电压。

J1 连接器的引脚分配

J1 管脚信号名称引脚号J1 管脚信号名称引脚号
A1 B90_L10_N B4 B1 B90_L12_N A6
A2 B90_L10_P B5 B2 B90_L12_P B6
A3 B90_L8_N C4 B3 B90_L11_N A3
A4 B90_L8_P C5 B4 B90_L11_P A4
A5 GND - B5 GND -
A6 B90_L9_N B2 B6 B90_L7_N C3
A7 B90_L9_P C2 B7 B90_L7_P D3
A8 B90_L4_N E1 B8 B90_L6_N D1
A9 B90_L4_P F1 B9 B90_L6_P D2
A10 GND - B10 GND -
A11 B90_L5_N D5 B11 B90_L3_N F2
A12 B90_L5_P D6 B12 B90_L3_P F3
A13 B90_L1_N E4 B13 B90_L2_N E3
A14 B90_L1_P E5 B14 B90_L2_P F4
A15 GND - B15 GND -
A16 B91_L11_N A9 B16 B91_L9_N A7
A17 B91_L11_P B10 B17 B91_L9_P B7
A18 B91_L12_N A11 B18 B91_L10_N A8
A19 B91_L12_P B11 B19 B91_L10_P B9
A20 GND - B20 GND -
A21 B91_L7_N C7 B21 B91_L5_N D7
A22 B91_L7_P C8 B22 B91_L5_P D8
A23 B91_L3_N E8 B23 B91_L1_N E6
A24 B91_L3_P F9 B24 B91_L1_P F6
A25 GND - B25 GND -
A26 B91_L8_N C9 B26 B91_L2_N F7
A27 B91_L8_P C10 B27 B91_L2_P F8
A28 B91_L6_N D10 B28 B91_L4_N E9
A29 B91_L6_P D11 B29 B91_L4_P E10
A30 GND - B30 GND -
A31 B93_L12_N K10 B31 B93_L10_N K13
A32 B93_L12_P K11 B32 B93_L10_P L13
A33 B93_L7_N L14 B33 B93_L11_N L11
A34 B93_L7_P M14 B34 B93_L11_P L12
A35 GND - B35 GND -
A36 B93_L9_N M10 B36 B93_L8_N M11
A37 B93_L9_P N10 B37 B93_L8_P M12
A38 B93_L3_N P12 B38 B93_L4_N P10
A39 B93_L3_P P13 B39 B93_L4_P P11
A40 GND - B40 GND -
A41 B93_L6_N N12 B41 B93_L2_N R13
A42 B93_L6_P N13 B42 B93_L2_P R14
A43 B93_L5_N N14 B43 B93_L1_N P15
A44 B93_L5_P N15 B44 B93_L1_P R15
A45 GND - B45 GND -
A46 GND - B46 GND -
A47 MGT227_CLK0_P AE12 B47 MGT227_CLK1_P AD10
A48 MGT227_CLK0_N AE11 B48 MGT227_CLK1_N AD9
A49 GND - B49 GND -
A50 MGT227_RX3_P AD2 B50 MGT227_TX3_P AD6
A51 MGT227_RX3_N AD1 B51 MGT227_TX3_N AD5
A52 GND - B52 GND -
A53 MGT227_RX2_P AE4 B53 MGT227_TX2_P AE8
A54 MGT227_RX2_N AE3 B54 MGT227_TX2_N AE7
A55 GND - B55 GND -
A56 MGT227_RX1_P AF2 B56 MGT227_TX1_P AF6
A57 MGT227_RX1_N AF1 B57 MGT227_TX1_N AF5
A58 GND - B58 GND -
A59 MGT227_RX0_P AG4 B59 MGT227_TX0_P AG8
A60 MGT227_RX0_N AG3 B60 MGT227_TX0_N AG7

表 2.9.1-J1 连接器引脚分配

J1 管脚信号名称引脚号J1 管脚信号名称引脚号
C1 MGT231_CLK0_P U12 D1 MGT231_CLK1_P T10
C2 MGT231_CLK0_N U11 D2 MGT231_CLK1_N T9
C3 GND - D3 GND -
C4 MGT231_RX3_P H2 D4 MGT231_TX3_P H6
C5 MGT231_RX3_N H1 D5 MGT231_TX3_N H5
C6 GND - D6 GND -
C7 MGT231_RX2_P J4 D7 MGT231_TX2_P J8
C8 MGT231_RX2_N J3 D8 MGT231_TX2_N J7
C9 GND - D9 GND -
C10 MGT231_RX1_P K2 D10 MGT231_TX1_P K6
C11 MGT231_RX1_N K1 D11 MGT231_TX1_N K5
C12 GND - D12 GND -
C13 MGT231_RX0_P L4 D13 MGT231_TX0_P L8
C14 MGT231_RX0_N L3 D14 MGT231_TX0_N L7
C15 GND - D15 GND -
C16 MGT230_RX3_P M2 D16 MGT230_TX3_P M6
C17 MGT230_RX3_N M1 D17 MGT230_TX3_N M5
C18 GND - D18 GND -
C19 MGT230_RX2_P N4 D19 MGT230_TX2_P N8
C20 MGT230_RX2_N N3 D20 MGT230_TX2_N N7
C21 GND - D21 GND -
C22 MGT230_RX1_P P2 D22 MGT230_TX1_P P6
C23 MGT230_RX1_N P1 D23 MGT230_TX1_N P5
C24 GND - D24 GND -
C25 MGT230_RX0_P R4 D25 MGT230_TX0_P R8
C26 MGT230_RX0_N R3 D26 MGT230_TX0_N R7
C27 GND - D27 GND -
C28 MGT230_CLK1_P V10 D28 MGT230_CLK0_P W12
C29 MGT230_CLK1_N V9 D29 MGT230_CLK0_N W11
C30 GND - D30 GND -
C31 MGT229_RX3_P T2 D31 MGT229_TX3_P T6
C32 MGT229_RX3_N T1 D32 MGT229_TX3_N T5
C33 GND - D33 GND -
C34 MGT229_RX2_P U4 D34 MGT229_TX2_P U8
C35 MGT229_RX2_N U3 D35 MGT229_TX2_N U7
C36 GND - D36 GND -
C37 MGT229_RX1_P V2 D37 MGT229_TX1_P V6
C38 MGT229_RX1_N V1 D38 MGT229_TX1_N V5
C39 GND - D39 GND -
C40 MGT229_RX0_P W4 D40 MGT229_TX0_P W8
C41 MGT229_RX0_N W3 D41 MGT229_TX0_N W7
C42 GND - D42 GND -
C43 MGT229_CLK1_P Y10 D43 MGT229_CLK0_P AA12
C44 MGT229_CLK1_N Y9 D44 MGT229_CLK0_N AA11
C45 GND - D45 GND -
C46 GND - D46 GND -
C47 MGT228_RX3_P Y2 D47 MGT228_TX3_P Y6
C48 MGT228_RX3_N Y1 D48 MGT228_TX3_N Y5
C49 GND - D49 GND -
C50 MGT228_RX2_P AA4 D50 MGT228_TX2_P AA8
C51 MGT228_RX2_N AA3 D51 MGT228_TX2_N AA7
C52 GND - D52 GND -
C53 MGT228_RX1_P AB2 D53 MGT228_TX1_P AB6
C54 MGT228_RX1_N AB1 D54 MGT228_TX1_N AB5
C55 GND - D55 GND -
C56 MGT228_RX0_P AC4 D56 MGT228_TX0_P AC8
C57 MGT228_RX0_N AC3 D57 MGT228_TX0_N AC7
C58 GND - D58 GND -
C59 MGT228_CLK0_P AC12 D59 MGT228_CLK1_P AB10
C60 MGT228_CLK0_N AC11 D60 MGT228_CLK1_N AB9

表 2.9.2-J1 连接器引脚分配

J2 连接器的引脚分配

J2 管脚信号名称引脚号J2 管脚信号名称引脚号
A1 FPGA_VP_IN W20 B1 FPGA_TDI AG24
A2 FPGA_VN_IN Y19 B2 FPGA_TDO AG27
A3 GND - B3 GND -
A4 B64_L1_P AU22 B4 B64_L19_P AH21
A5 B64_L1_N AV22 B5 B64_L19_N AJ21
A6 GND - B6 GND -
A7 B64_L21_P AJ20 B7 B64_L10_P AK21
A8 B64_L21_N AJ19 B8 B64_L10_N AL21
A9 GND - B9 GND -
A10 B64_L8_P AL22 B10 B65_L17_P AJ16
A11 B64_L8_N AM22 B11 B65_L17_N AJ15
A12 GND - B12 GND -
A13 B65_L18_P AK16 B13 B65_L16_P AK17
A14 B65_L18_N AL16 B14 B65_L16_N AL17
A15 GND - B15 GND -
A16 B65_L20_P AN13 B16 B65_L14_P AM15
A17 B65_L20_N AP13 B17 B65_L14_N AN15
A18 GND - B18 GND -
A19 B65_L11_P AR14 B19 B65_L10_P AP16
A20 B65_L11_N AT14 B20 B65_L10_N AR16
A21 GND - B21 GND -
A22 B65_L7_P AV16 B22 B65_L8_P AT15
A23 B65_L7_N AW16 B23 B65_L8_N AU15
A24 GND - B24 GND -
A25 B65_L9_P AV15 B25 B65_L6_P AU14
A26 B65_L9_N AW15 B26 B65_L6_N AU13
A27 GND - B27 GND -
A28 VCCIO_64 AK20、AN19、AT8 B28 B65_T2U AN16
A29 VCCIO_65 AK15、AN14、AT13 B29 B65_T3U AP10
A30 GND - B30 GND -
A31 B65_L5_P AV13 B31 B65_L3_P AW14
A32 B65_L5_N AV12 B32 B65_L3_N AW13
A33 GND - B33 GND -
A34 B65_L12_P AP15 B34 B65_L24_P AM14
A35 B65_L12_N AP14 B35 B65_L24_N AM13
A36 GND - B36 GND -
A37 B65_L13_P AL15 B37 B65_L15_P AJ14
A38 B65_L13_N AL14 B38 B65_L15_N AK14
A39 GND - B39 GND -
A40 B65_L1_P AW11 B40 B65_L4_P AU10
A41 B65_L1_N AW10 B41 B65_L4_N AV10
A42 GND - B42 GND -
A43 B65_L19_P AT12 B43 B65_L23_P AP11
A44 B65_L19_N AT11 B44 B65_L23_N AR11
A45 GND - B45 GND -
A46 GND - B46 GND -
A47 MGT225_RX0_P AR4 B47 MGT225_TX0_P AR8
A48 MGT225_RX0_N AR3 B48 MGT225_TX0_N AR7
A49 GND - B49 GND -
A50 MGT225_RX1_P AP2 B50 MGT225_TX1_P AP6
A51 MGT225_RX1_N AP1 B51 MGT225_TX1_N AP5
A52 GND - B52 GND -
A53 MGT225_RX2_P AN4 B53 MGT225_TX2_P AN8
A54 MGT225_RX2_N AN3 B54 MGT225_TX2_N AN7
A55 GND - B55 GND -
A56 MGT225_RX3_P AM2 B56 MGT225_TX3_P AM6
A57 MGT225_RX3_N AM1 B57 MGT225_TX3_N AM5
A58 GND - B58 GND -
A59 MGT225_CLK0_P AJ12 B59 MGT225_CLK1_P AH10
A60 MGT225_CLK0_N AJ11 B60 MGT225_CLK1_N AH9

表 2.9.3-J2 连接器引脚分配

J2 管脚信号名称引脚号J2 管脚信号名称引脚号
C1 FPGA_TMS AD22 D1 B64_L9_P AP21
C2 FPGA_TCK AG23 D2 B64_L9_N AP20
C3 GND - D3 GND -
C4 B64_L5_P AT22 D4 B64_L7_P AR22
C5 B64_L5_N AT21 D5 B64_L7_N AR21
C6 GND - D6 GND -
C7 B64_L3_P AV21 D7 B64_L15_P AT20
C8 B64_L3_N AW21 D8 B64_L15_N AT19
C9 GND - D9 GND -
C10 B64_L12_P AL20 D10 B64_L2_P AU20
C11 B64_L12_N AM20 D11 B64_L2_N AV20
C12 GND - D12 GND -
C13 B64_L11_P AN21 D13 B64_L17_P AU19
C14 B64_L11_N AN20 D14 B64_L17_N AU18
C15 GND - D15 GND -
C16 B64_L20_P AL19 D16 B64_L4_P AW20
C17 B64_L20_N AM19 D17 B64_L4_N AW19
C18 GND - D18 GND -
C19 B64_L13_P AP19 D19 B64_L6_P AV18
C20 B64_L13_N AR19 D20 B64_L6_N AW18
C21 GND - D21 GND -
C22 B64_L14_P AN18 D22 B64_L16_P AT17
C23 B64_L14_N AP18 D23 B64_L16_N AU17
C24 GND - D24 GND -
C25 B64_L24_P AM18 D25 B64_L18_P AR18
C26 B64_L24_N AM17 D26 B64_L18_N AR17
C27 GND - D27 GND -
C28 B64_L22_P AK19 D28 B64_L23_P AH18
C29 B64_L22_N AK18 D29 B64_L23_N AJ18
C30 GND - D30 GND -
C31 GND - D31 GND -
C32 MGT224_CLK0_P AM10 D32 MGT224_CLK1_P AK10
C33 MGT224_CLK0_N AM9 D33 MGT224_CLK1_N AK9
C34 GND - D34 GND -
C35 MGT224_RX3_P AT2 D35 MGT224_TX3_P AT6
C36 MGT224_RX3_N AT1 D36 MGT224_TX3_N AT5
C37 GND - D37 GND -
C38 MGT224_RX2_P AU4 D38 MGT224_TX2_P AU8
C39 MGT224_RX2_N AU3 D39 MGT224_TX2_N AU7
C40 GND - D40 GND -
C41 MGT224_RX0_P AW4 D41 MGT224_TX0_P AW8
C42 MGT224_RX0_N AW3 D42 MGT224_TX0_N AW7
C43 GND - D43 GND -
C44 MGT224_RX1_P AV2 D44 MGT224_TX1_P AV6
C45 MGT224_RX1_N AV1 D45 MGT224_TX1_N AV5
C46 GND - D46 GND -
C47 MGT226_CLK0_P AG12 D47 MGT226_CLK1_P AF10
C48 MGT226_CLK0_N AG11 D48 MGT226_CLK1_N AF9
C49 GND - D49 GND -
C50 MGT226_RX0_P AL4 D50 MGT226_TX0_P AL8
C51 MGT226_RX0_N AL3 D51 MGT226_TX0_N AL7
C52 GND - D52 GND -
C53 MGT226_RX1_P AK2 D53 MGT226_TX1_P AK6
C54 MGT226_RX1_N AK1 D54 MGT226_TX1_N AK5
C55 GND - D55 GND -
C56 MGT226_RX2_P AJ4 D56 MGT226_TX2_P AJ8
C57 MGT226_RX2_N AJ3 D57 MGT226_TX2_N AJ7
C58 GND - D58 GND -
C59 MGT226_RX3_P AH2 D59 MGT226_TX3_P AH6
C60 MGT226_RX3_N AH1 D60 MGT226_TX3_N AH5

表 2.9.4-J2 连接器引脚分配

J3 连接器的引脚分配

J3 管脚信号名称引脚号J3 管脚信号名称引脚号
A1 +12V - B1 +12V -
A2 +12V - B2 +12V -
A3 GND - B3 GND -
A4 FMC1_VREF_A_M2C_1 M27 B4 VCCIO_71 B18、E17、H16
A5 VCCAUX_PG - B5 FMC1_VREF_A_M2C_2 M24
A6 GND - B6 GND -
A7 MGT131_RX3_P J38 B7 MGT131_TX3_P E33
A8 MGT131_RX3_N J39 B8 MGT131_TX3_N E34
A9 GND - B9 GND -
A10 MGT131_RX2_P K36 B10 MGT131_TX2_P F35
A11 MGT131_RX2_N K37 B11 MGT131_TX2_N F36
A12 GND - B12 GND -
A13 MGT131_RX1_P L38 B13 MGT131_TX1_P G33
A14 MGT131_RX1_N L39 B14 MGT131_TX1_N G34
A15 GND - B15 GND -
A16 MGT131_RX0_P M36 B16 MGT131_TX0_P J33
A17 MGT131_RX0_N M37 B17 MGT131_TX0_N J34
A18 GND - B18 GND -
A19 MGT131_CLK0_P T27 B19 MGT131_CLK1_P R29
A20 MGT131_CLK0_N T28 B20 MGT131_CLK1_N R30
A21 GND - B21 GND -
A22 MGT129_RX3_P U38 B22 MGT129_TX3_P R33
A23 MGT129_RX3_N U39 B23 MGT129_TX3_N R34
A24 GND - B24 GND -
A25 MGT129_RX2_P V36 B25 MGT129_TX2_P T31
A26 MGT129_RX2_N V37 B26 MGT129_TX2_N T32
A27 GND - B27 GND -
A28 MGT129_RX1_P W38 B28 MGT129_TX1_P U33
A29 MGT129_RX1_N W39 B29 MGT129_TX1_N U34
A30 GND - B30 GND -
A31 MGT129_RX0_P Y36 B31 MGT129_TX0_P V31
A32 MGT129_RX0_N Y37 B32 MGT129_TX0_N V32
A33 GND - B33 GND -
A34 MGT129_CLK0_P Y27 B34 MGT129_CLK1_P W29
A35 MGT129_CLK0_N Y28 B35 MGT129_CLK1_N W30
A36 GND - B36 GND -
A37 MGT127_CLK0_P AE29 B37 MGT127_CLK1_P AC29
A38 MGT127_CLK0_N AE30 B38 MGT127_CLK1_N AC30
A39 GND - B39 GND -
A40 MGT127_RX3_P AE38 B40 MGT127_TX3_P AC33
A41 MGT127_RX3_N AE39 B41 MGT127_TX3_N AC34
A42 GND - B42 GND -
A43 MGT127_RX2_P AF36 B43 MGT127_TX2_P AD31
A44 MGT127_RX2_N AF37 B44 MGT127_TX2_N AD32
A45 GND - B45 GND -
A46 MGT127_RX1_P AG38 B46 MGT127_TX1_P AE33
A47 MGT127_RX1_N AG39 B47 MGT127_TX1_N AE34
A48 GND - B48 GND -
A49 MGT127_RX0_P AH36 B49 MGT127_TX0_P AF31
A50 MGT127_RX0_N AH37 B50 MGT127_TX0_N AF32
A51 GND - B51 GND -
A52 FMC2_VREF_A_M2C_1 AH20 B52 SELECTMAP_DATA6 AR13
A53 FMC2_VREF_A_M2C_2 AH16 B53 SELECTMAP_DATA7 AR12
A54 GND - B54 GND -
A55 SELECTMAP_DATA0 AD25 B55 SELECTMAP_DATA3 AE23
A56 SELECTMAP_DATA1 AD26 B56 SELECTMAP_DATA5 AN12
A57 GND - B57 GND -
A58 NC - B58 SELECTMAP_DATA4 AM12
A59 NC - B59 SELECTMAP_DATA2 AE22
A60 GND - B60 GND -

表 2.9.5-J3 连接器引脚分配

J3 管脚信号名称引脚号J3 管脚信号名称引脚号
C1 +12V - D1 +12V -
C2 +12V - D2 +12V -
C3 GND - D3 GND -
C4 VCCIO_70 B23、E22、H21 D4 VCCIO_69 B28、E27、H26
C5 FMC1_VREF_A_M2C_3 M17 D5 NC -
C6 GND - D6 GND -
C7 MGT132_RX3_P C38 D7 MGT132_TX3_P A33
C8 MGT132_RX3_N C39 D8 MGT132_TX3_N A34
C9 GND - D9 GND -
C10 MGT132_RX2_P E38 D10 MGT132_TX2_P B35
C11 MGT132_RX2_N E39 D11 MGT132_TX2_N B36
C12 GND - D12 GND -
C13 MGT132_RX1_P G38 D13 MGT132_TX1_P C33
C14 MGT132_RX1_N G39 D14 MGT132_TX1_N C34
C15 GND - D15 GND -
C16 MGT132_RX0_P H36 D16 MGT132_TX0_P D35
C17 MGT132_RX0_N H37 D17 MGT132_TX0_N D36
C18 GND - D18 GND -
C19 MGT132_CLK0_P P27 D19 MGT132_CLK1_P N29
C20 MGT132_CLK0_N P28 D20 MGT132_CLK1_N N30
C21 GND - D21 GND -
C22 MGT130_RX3_P N38 D22 MGT130_TX3_P L33
C23 MGT130_RX3_N N39 D23 MGT130_TX3_N L34
C24 GND - D24 GND -
C25 MGT130_RX2_P P36 D25 MGT130_TX2_P M31
C26 MGT130_RX2_N P37 D26 MGT130_TX2_N M32
C27 GND - D27 GND -
C28 MGT130_RX1_P R38 D28 MGT130_TX1_P N33
C29 MGT130_RX1_N R39 D29 MGT130_TX1_N N34
C30 GND - D30 GND -
C31 MGT130_RX0_P T36 D31 MGT130_TX0_P P31
C32 MGT130_RX0_N T37 D32 MGT130_TX0_N P32
C33 GND - D33 GND -
C34 MGT130_CLK0_P V27 D34 MGT130_CLK1_P U29
C35 MGT130_CLK0_N V28 D35 MGT130_CLK1_N U30
C36 GND - D36 GND -
C37 MGT128_CLK0_P AB27 D37 MGT128_CLK1_P AA29
C38 MGT128_CLK0_N AB28 D38 MGT128_CLK1_N AA30
C39 GND - D39 GND -
C40 MGT128_RX3_P AA38 D40 MGT128_TX3_P W33
C41 MGT128_RX3_N AA39 D41 MGT128_TX3_N W34
C42 GND - D42 GND -
C43 MGT128_RX2_P AB36 D43 MGT128_TX2_P Y31
C44 MGT128_RX2_N AB37 D44 MGT128_TX2_N Y32
C45 GND - D45 GND -
C46 MGT128_RX1_P AC38 D46 MGT128_TX1_P AA33
C47 MGT128_RX1_N AC39 D47 MGT128_TX1_N AA34
C48 GND - D48 GND -
C49 MGT128_RX0_P AD36 D49 MGT128_TX0_P AB31
C50 MGT128_RX0_N AD37 D50 MGT128_TX0_N AB32
C51 GND - D51 GND -
C52 SELECTMAP_DONE AE24 D52 BOOT_M0 AE27
C53 SELECTMAP_INIT_B AE26 D53 BOOT_M1 AF22
C54 GND - D54 GND -
C55 NC - D55 BOOT_M2 AF24
C56 SELECTMAP_CCLK AD23 D56 NC -
C57 GND - D57 GND -
C58 SELECTMAP_WR AG22 D58 NC -
C59 SELECTMAP_PROGRAM_B AF26 D59 NC -
C60 GND - D60 GND -

表 2.9.6-J3 连接器引脚分配

J4 连接器的引脚分配

J4 管脚信号名称脚号J4 管脚信号名称引脚号
A1 VCCO_90_91_93_94 E2、F5、B8、F10、K12、N11、B13、G13 B1 POWER_SCL -
A2 GND - B2 GND -
A3 B94_L9_N C12 B3 B94_L6_N E11
A4 B94_L9_P D12 B4 B94_L6_P F11
A5 B94_L8_N D13 B5 B94_L7_N F12
A6 B94_L8_P E13 B6 B94_L7_P F13
A7 GND - B7 GND -
A8 B71_L1_N M15 B8 B71_L10_N F14
A9 B71_L1_P M16 B9 B71_L10_P G15
A10 GND - B10 GND -
A11 B71_L18_N D15 B11 B71_L4_N L16
A12 B71_L18_P D16 B12 B71_L4_P L17
A13 GND - B13 GND -
A14 B71_L6_N K14 B14 B71_L5_N J16
A15 B71_L6_P K15 B15 B71_L5_P K16
A16 GND - B16 GND -
A17 B71_L14_N F16 B17 B71_L11_N G16
A18 B71_L14_P F17 B18 B71_L11_P G17
A19 GND - B19 GND -
A20 B70_L11_N F21 B20 B70_L20_N B20
A21 B70_L11_P G21 B21 B70_L20_P C20
A22 GND - B22 GND -
A23 B70_L2_N M20 B23 B70_L18_N D20
A24 B70_L2_P M19 B24 B70_L18_P E20
A25 GND - B25 GND -
A26 B70_L6_N K21 B26 B70_L1_N M22
A27 B70_L6_P K20 B27 B70_L1_P M21
A28 GND - B28 GND -
A29 B70_L7_N H22 B29 B70_L8_N J21
A30 B70_L7_P J22 B30 B70_L8_P J20
A31 GND - B31 GND -
A32 B70_L4_N L22 B32 B70_L17_N D21
A33 B70_L4_P L21 B33 B70_L17_P E21
A34 GND - B34 GND -
A35 B70_L3_N L24 B35 B70_L16_N D23
A36 B70_L3_P L23 B36 B70_L16_P D22
A37 GND - B37 GND -
A38 B70_L14_N E24 B38 B70_L15_N D25
A39 B70_L14_P E23 B39 B70_L15_P E25
A40 GND - B40 GND -
A41 B70_L13_N F24 B41 B70_L9_N G24
A42 B70_L13_P F23 B42 B70_L9_P H24
A43 GND - B43 GND -
A44 B69_L3_N L27 B44 B69_L1_N M26
A45 B69_L3_P L26 B45 B69_L1_P M25
A46 GND - B46 GND -
A47 B69_L5_N J26 B47 B69_L4_N H25
A48 B69_L5_P K26 B48 B69_L4_P J25
A49 GND - B49 GND -
A50 B69_L2_N H27 B50 B69_L11_N F27
A51 B69_L2_P J27 B51 B69_L11_P G27
A52 GND - B52 GND -
A53 B69_L24_N A29 B53 B69_L9_N H28
A54 B69_L24_P A28 B54 B69_L9_P J28
A55 GND - B55 GND -
A56 B69_L16_N D30 B56 B69_L8_N H30
A57 B69_L16_P E30 B57 B69_L8_P H29
A58 GND - B58 GND -
A59 B69_L15_N D31 B59 B69_L7_N J31
A60 B69_L15_P E31 B60 B69_L7_P J30

表 2.9.7-J4 连接器引脚分配

J4 管脚信号名称引脚号J4 管脚信号名称引脚号
C1 POWER_SDA - D1 POWER_ALT -
C2 GND - D2 GND -
C3 B94_L4_N G10 D3 B94_L2_N J10
C4 B94_L4_P H10 D4 B94_L2_P J11
C5 B94_L1_N J12 D5 B94_L3_N H12
C6 B94_L1_P J13 D6 B94_L3_P H13
C7 GND - D7 GND -
C8 B71_L16_N E15 D8 B71_L24_N A16
C9 B71_L16_P E16 D9 B71_L24_P B17
C10 GND - D10 GND -
C11 B71_L20_N C14 D11 B71_L23_N A17
C12 B71_L20_P C15 D12 B71_L23_P A18
C13 GND - D13 GND -
C14 B71_L22_N B15 D14 B71_L9_N G14
C15 B71_L22_P B16 D15 B71_L9_P H14
C16 GND - D16 GND -
C17 B71_L7_N H15 D17 B71_L8_N H17
C18 B71_L7_P J15 D18 B71_L8_P H18
C19 GND - D19 GND -
C20 B71_L13_N F18 D20 B71_L12_N G19
C21 B71_L13_P F19 D21 B71_L12_P H19
C22 GND - D22 GND -
C23 B71_L3_N K18 D23 B71_L19_N C17
C24 B71_L3_P L18 D24 B71_L19_P C18
C25 GND - D25 GND -
C26 B71_L21_N A19 D26 B71_L17_N D17
C27 B71_L21_P B19 D27 B71_L17_P D18
C28 GND - D28 GND -
C29 B71_L2_N K19 D29 B71_L15_N E18
C30 B71_L2_P L19 D30 B71_L15_P E19
C31 GND - D31 GND -
C32 B70_L10_N G20 D32 B70_L21_N A21
C33 B70_L10_P H20 D33 B70_L21_P B21
C34 GND - D34 GND -
C35 B70_L12_N F22 D35 B70_L22_N A22
C36 B70_L12_P G22 D36 B70_L22_P B22
C37 GND - D37 GND -
C38 B70_L24_N A24 D38 B70_L5_N K24
C39 B70_L24_P A23 D39 B70_L5_P K23
C40 GND - D40 GND -
C41 B70_L19_N C23 D41 B70_L23_N B25
C42 B70_L19_P C22 D42 B70_L23_P B24
C43 GND - D43 GND -
C44 B69_L6_N G26 D44 B69_L13_N F29
C45 B69_L6_P G25 D45 B69_L13_P F28
C46 GND - D46 GND -
C47 B69_L17_N D26 D47 B69_L14_N E29
C48 B69_L17_P E26 D48 B69_L14_P E28
C49 GND - D49 GND -
C50 B69_L18_N D28 D50 B69_L22_N A27
C51 B69_L18_P D27 D51 B69_L22_P B27
C52 GND - D52 GND -
C53 B69_L20_N C28 D53 B69_L19_N B29
C54 B69_L20_P C27 D54 B69_L19_P C29
C55 GND - D55 GND -
C56 B69_L12_N G30 D56 B69_L23_N A26
C57 B69_L12_P G29 D57 B69_L23_P B26
C58 GND - D58 GND -
C59 B69_L10_N F31 D59 B69_L21_N A31
C60 B69_L10_P G31 D60 B69_L21_P B31

表 2.9.8-J4 连接器引脚分配

第三章 扩展板


扩展板

3.1 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

  • PCIe3.0 x16 接口

  • 1 路千兆网接口

  • 2 路 FMC HPC 接口

  • 2 路 MIPI 输入接口

  • USB Uart 接口

  • Micro SD 卡座

  • 1 路 SATA 接口

  • 40 针扩展口

  • JTAG 调试口

  • LED 灯

  • 按键

3.2 PCIe 插槽

AXKU15S 扩展板上有一个 PCIe x16 的接口,支持 PCIe Gen3.0 协议,16 对收发器连接到 PCIEx16 的金手指上进行数据通信。

PCIe 接口的收发信号直接跟 FPGA BANK228~231 收发器相连接,16 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 8Gbps。

开发板的 PCIe 接口的设计示意图如下图所示,其中 TX 发送信号用 AC 耦合模式连接。

image12.png

图 3.2.1- PCIe 插槽设计示意图

PCIe x16 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 MGT231_RX3_P H2 PCIE 通道 0 数据接收正
PCIE_RX0_N MGT231_RX3_N H1 PCIE 通道 0 数据接收负
PCIE_RX1_P MGT231_RX2_P J4 PCIE 通道 1 数据接收正
PCIE_RX1_N MGT231_RX2_N J3 PCIE 通道 1 数据接收负
PCIE_RX2_P MGT231_RX1_P K2 PCIE 通道 2 数据接收正
PCIE_RX2_N MGT231_RX1_N K1 PCIE 通道 2 数据接收负
PCIE_RX3_P MGT231_RX0_P L4 PCIE 通道 3 数据接收正
PCIE_RX3_N MGT231_RX0_N L3 PCIE 通道 3 数据接收负
PCIE_RX4_P MGT230_RX3_P M2 PCIE 通道 4 数据接收正
PCIE_RX4_N MGT230_RX3_N M1 PCIE 通道 4 数据接收负
PCIE_RX5_P MGT230_RX2_P N4 PCIE 通道 5 数据接收正
PCIE_RX5_N MGT230_RX2_N N3 PCIE 通道 5 数据接收负
PCIE_RX6_P MGT230_RX1_P P2 PCIE 通道 6 数据接收正
PCIE_RX6_N MGT230_RX1_N P1 PCIE 通道 6 数据接收负
PCIE_RX7_P MGT230_RX0_P R4 PCIE 通道 7 数据接收正
PCIE_RX7_N MGT230_RX0_N R3 PCIE 通道 7 数据接收负
PCIE_RX8_P MGT229_RX3_P T2 PCIE 通道 8 数据接收正
PCIE_RX8_N MGT229_RX3_N T1 PCIE 通道 8 数据接收负
PCIE_RX9_P MGT229_RX2_P U4 PCIE 通道 9 数据接收正
PCIE_RX9_N MGT229_RX2_N U3 PCIE 通道 9 数据接收负
PCIE_RX10_P MGT229_RX1_P V2 PCIE 通道 10 数据接收正
PCIE_RX10_N MGT229_RX1_N V1 PCIE 通道 10 数据接收负
PCIE_RX11_P MGT229_RX0_P W4 PCIE 通道 11 数据接收正
PCIE_RX11_N MGT229_RX0_N W3 PCIE 通道 11 数据接收负
PCIE_RX12_P MGT228_RX3_P Y2 PCIE 通道 12 数据接收正
PCIE_RX12_N MGT228_RX3_N Y1 PCIE 通道 12 数据接收负
PCIE_RX13_P MGT228_RX2_P AA4 PCIE 通道 13 数据接收正
PCIE_RX13_N MGT228_RX2_N AA3 PCIE 通道 13 数据接收负
PCIE_RX14_P MGT228_RX1_P AB2 PCIE 通道 14 数据接收正
PCIE_RX14_N MGT228_RX1_N AB1 PCIE 通道 14 数据接收负
PCIE_RX15_P MGT228_RX0_P AC4 PCIE 通道 15 数据接收正
PCIE_RX15_N MGT228_RX0_N AC3 PCIE 通道 15 数据接收负
PCIE_TX0_P MGT231_TX3_P H6 PCIE 通道 0 数据发送正
PCIE_TX0_N MGT231_TX3_N H5 PCIE 通道 0 数据发送负
PCIE_TX1_P MGT231_TX2_P J8 PCIE 通道 1 数据发送正
PCIE_TX1_N MGT231_TX2_N J7 PCIE 通道 1 数据发送负
PCIE_TX2_P MGT231_TX1_P K6 PCIE 通道 2 数据发送正
PCIE_TX2_N MGT231_TX1_N K5 PCIE 通道 2 数据发送负
PCIE_TX3_P MGT231_TX0_P L8 PCIE 通道 3 数据发送正
PCIE_TX3_N MGT231_TX0_N L7 PCIE 通道 3 数据发送负
PCIE_TX4_P MGT230_TX3_P M6 PCIE 通道 4 数据发送正
PCIE_TX4_N MGT230_TX3_N M5 PCIE 通道 4 数据发送负
PCIE_TX5_P MGT230_TX2_P N8 PCIE 通道 5 数据发送正
PCIE_TX5_N MGT230_TX2_N N7 PCIE 通道 5 数据发送负
PCIE_TX6_P MGT230_TX1_P P6 PCIE 通道 6 数据发送正
PCIE_TX6_N MGT230_TX1_N P5 PCIE 通道 6 数据发送负
PCIE_TX7_P MGT230_TX0_P R8 PCIE 通道 7 数据发送正
PCIE_TX7_N MGT230_TX0_N R7 PCIE 通道 7 数据发送负
PCIE_TX8_P MGT229_TX3_P T6 PCIE 通道 8 数据发送正
PCIE_TX8_N MGT229_TX3_N T5 PCIE 通道 8 数据发送负
PCIE_TX9_P MGT229_TX2_P U8 PCIE 通道 9 数据发送正
PCIE_TX9_N MGT229_TX2_N U7 PCIE 通道 9 数据发送负
PCIE_TX10_P MGT229_TX1_P V6 PCIE 通道 10 数据发送正
PCIE_TX10_N MGT229_TX1_N V5 PCIE 通道 10 数据发送负
PCIE_TX11_P MGT229_TX0_P W8 PCIE 通道 11 数据发送正
PCIE_TX11_N MGT229_TX0_N W7 PCIE 通道 11 数据发送负
PCIE_TX12_P MGT228_TX3_P Y6 PCIE 通道 12 数据发送正
PCIE_TX12_N MGT228_TX3_N Y5 PCIE 通道 12 数据发送负
PCIE_TX13_P MGT228_TX2_P AA8 PCIE 通道 13 数据发送正
PCIE_TX13_N MGT228_TX2_N AA7 PCIE 通道 13 数据发送负
PCIE_TX14_P MGT228_TX1_P AB6 PCIE 通道 14 数据发送正
PCIE_TX14_N MGT228_TX1_N AB5 PCIE 通道 14 数据发送负
PCIE_TX15_P MGT228_TX0_P AC8 PCIE 通道 15 数据发送正
PCIE_TX15_N MGT228_TX0_N AC7 PCIE 通道 15 数据发送负
PCIE_CLK_P MGT229_CLK0_P AA12 PCIE 通道参考时钟正
PCIE_CLK_N MGT229_CLK0_N AA11 PCIE 通道参考时钟负
FPGA_PCIE_PERST_n B65_T3U AP10 PCIE 复位信号

表 3.2.1-PCIe x16 引脚分配

3.3 千兆网接口

开发板上通过一片 JL2121D 以太网 PHY 芯片为用户提供网络通信服务。以太网 PHY 芯片是连接到 FPGA 的 IO 接口上。JL2121D 芯片支持 10/100/1000 Mbps 网络传输速率,通过 RGMII 接口跟 FPGA 进行数据通信。JL2121D 芯片支持MDI/MDX 自适应,各种速度自适应,Master/Slave 自适应,支持 MDIO 总线进行 PHY 的寄存器管理。

JL2121D 上电会检测一些特定的 IO 的电平状态,从而确定自己的工作模式。下表描述了 GPHY 芯片上电之后的默认设定信息。

配置 Pin 脚说明配置值
RXD3_ADR0 RXC_ADR1 RXCTL_ADR2 MDIO/MDC 模式的 PHY 地址 PHY Address 为 001
RXD1_TXDLY TX 时钟 2ns 延时 延时
RXD0_RXDLY RX 时钟 2ns 延时 延时

表 3.3.1-GPHY 芯片默认配置

当网络连接到千兆以太网时,FPGA 和 PHY 芯片 JL2121 的数据传输时通过 RGMII 总线通信,传输时钟为 125MHz,数据在时钟的上升沿和下降沿采样。

当网络连接到百兆以太网时,FPGA 和 PHY 芯片 JL2121 的数据传输时通过 RMII 总线通信,传输时钟为 25MHz。数据在时钟的上升沿和下降沿采样。图 3.3.1 为 FPGA 与以太网 PHY 芯片连接示意图:

image13.png

图 3.3.1-千兆网接口连接原理图

以太网 PHY 的 FPGA 引脚分配如下:

信号名称FPGA 引脚名FPGA 引脚号备注
ETH_MDC B65_L1_N AW10 MDIO 管理时钟
ETH_MDIO B65_L1_P AW11 MDIO 管理数据
ETH_RESET B64_L24_P AM18 PHY 芯片复位
ETH_RXCK B65_L11_P AR14 RGMII 接收时钟
ETH_RXCTL B65_L11_N AT14 接收数据有效信号
ETH_RXD0 B65_L18_N AL16 接收数据 Bit0
ETH_RXD1 B65_L18_P AK16 接收数据 Bit1
ETH_RXD2 B65_L20_N AP13 接收数据 Bit2
ETH_RXD3 B65_L20_P AN13 接收数据 Bit3
ETH_TXCK B65_L23_P AP11 RGMII 发送时钟
ETH_TXCTL B65_L23_N AR11 发送使能信号
ETH_TXD0 B65_L15_P AJ14 发送数据 bit0
ETH_TXD1 B65_L15_N AK14 发送数据 bit1
ETH_TXD2 B65_L6_P AU14 发送数据 bit2
ETH_TXD3 B65_L6_N AU13 发送数据 bit3

表 3.3.2-以太网 PHY 引脚分配

3.4 FMC HPC 接口

开发板带有 2 路 FMC HPC 扩展口,分别为 FMC1(J12)和 FMC2(J13),可以外接 XILINX 或者我们 Alinx 的各种 FMC 模块(HDMI 输入输出模块,双目摄像头模块,高速 AD 模块等等)。

FMC1 扩展口包含 34 对 LA 信号差分对、2 对时钟信号及 24 对 HA 信号,分别连接 FPGA 芯片 BANK69,BANK70,BANK71,电平标准默认为 1.8V。8 路高速 GTH 收发信号连接 FPGA 芯片 BANK226,BANK227 的 IO 上。FPGA 和 FMC HPC 连接器的原理图如图所示:

image14.png

图 3.4.1-FMC HPC 连接器原理图

FMC HPC J12 连接器引脚分配如下:

信号名引脚名引脚号备注
FMC1_CLK0_N B70_L11_N F21 FMC 第 0 路输入参考时钟 N
FMC1_CLK0_P B70_L11_P G21 FMC 第 0 路输入参考时钟 P
FMC1_CLK1_N B69_L12_N G30 FMC 第 1 路输入参考时钟 N
FMC1_CLK1_P B69_L12_P G29 FMC 第 1 路输入参考时钟 P
FMC1_LA00_CC_N B70_L14_N E24 FMC LA 第 0 路数据(时钟)N
FMC1_LA00_CC_P B70_L14_P E23 FMC LA 第 0 路数据(时钟)P
FMC1_LA01_CC_N B70_L13_N F24 FMC LA 第 1 路数据(时钟)N
FMC1_LA01_CC_P B70_L13_P F23 FMC LA 第 1 路数据(时钟)P
FMC1_LA02_N B70_L17_N D21 FMC LA 第 2 路数据 N
FMC1_LA02_P B70_L17_P E21 FMC LA 第 2 路数据 P
FMC1_LA03_N B70_L24_N A24 FMC LA 第 3 路数据 N
FMC1_LA03_P B70_L24_P A23 FMC LA 第 3 路数据 P
FMC1_LA04_N B70_L12_N F22 FMC LA 第 4 路数据 N
FMC1_LA04_P B70_L12_P G22 FMC LA 第 4 路数据 P
FMC1_LA05_N B70_L6_N K21 FMC LA 第 5 路数据 N
FMC1_LA05_P B70_L6_P K20 FMC LA 第 5 路数据 P
FMC1_LA06_N B70_L5_N K24 FMC LA 第 6 路数据 N
FMC1_LA06_P B70_L5_P K23 FMC LA 第 6 路数据 P
FMC1_LA07_N B70_L4_N L22 FMC LA 第 7 路数据 N
FMC1_LA07_P B70_L4_P L21 FMC LA 第 7 路数据 P
FMC1_LA08_N B70_L3_N L24 FMC LA 第 8 路数据 N
FMC1_LA08_P B70_L3_P L23 FMC LA 第 8 路数据 P
FMC1_LA09_N B70_L2_N M20 FMC LA 第 9 路数据 N
FMC1_LA09_P B70_L2_P M19 FMC LA 第 9 路数据 P
FMC1_LA10_N B70_L18_N D20 FMC LA 第 10 路数据 N
FMC1_LA10_P B70_L18_P E20 FMC LA 第 10 路数据 P
FMC1_LA11_N B70_L23_N B25 FMC LA 第 11 路数据 N
FMC1_LA11_P B70_L23_P B24 FMC LA 第 11 路数据 P
FMC1_LA12_N B70_L1_N M22 FMC LA 第 12 路数据 N
FMC1_LA12_P B70_L1_P M21 FMC LA 第 12 路数据 P
FMC1_LA13_N B70_L21_N A21 FMC LA 第 13 路数据 N
FMC1_LA13_P B70_L21_P B21 FMC LA 第 13 路数据 P
FMC1_LA14_N B70_L19_N C23 FMC LA 第 14 路数据 N
FMC1_LA14_P B70_L19_P C22 FMC LA 第 14 路数据 P
FMC1_LA15_N B70_L20_N B20 FMC LA 第 15 路数据 N
FMC1_LA15_P B70_L20_P C20 FMC LA 第 15 路数据 P
FMC1_LA16_N B70_L22_N A22 FMC LA 第 16 路数据 N
FMC1_LA16_P B70_L22_P B22 FMC LA 第 16 路数据 P
FMC1_LA17_CC_N B69_L14_N E29 FMC LA 第 17 路数据(时钟)N
FMC1_LA17_CC_P B69_L14_P E28 FMC LA 第 17 路数据(时钟)P
FMC1_LA18_CC_N B69_L13_N F29 FMC LA 第 18 路数据(时钟)N
FMC1_LA18_CC_P B69_L13_P F28 FMC LA 第 18 路数据(时钟)P
FMC1_LA19_N B70_L7_N H22 FMC LA 第 19 路数据 N
FMC1_LA19_P B70_L7_P J22 FMC LA 第 19 路数据 P
FMC1_LA20_N B69_L17_N D26 FMC LA 第 20 路数据 N
FMC1_LA20_P B69_L17_P E26 FMC LA 第 20 路数据 P
FMC1_LA21_N B69_L2_N H27 FMC LA 第 21 路数据 N
FMC1_LA21_P B69_L2_P J27 FMC LA 第 21 路数据 P
FMC1_LA22_N B69_L4_N H25 FMC LA 第 22 路数据 N
FMC1_LA22_P B69_L4_P J25 FMC LA 第 22 路数据 P
FMC1_LA23_N B69_L5_N J26 FMC LA 第 23 路数据 N
FMC1_LA23_P B69_L5_P K26 FMC LA 第 23 路数据 P
FMC1_LA24_N B69_L15_N D31 FMC LA 第 24 路数据 N
FMC1_LA24_P B69_L15_P E31 FMC LA 第 24 路数据 P
FMC1_LA25_N B70_L8_N J21 FMC LA 第 25 路数据 N
FMC1_LA25_P B70_L8_P J20 FMC LA 第 25 路数据 P
FMC1_LA26_N B69_L1_N M26 FMC LA 第 26 路数据 N
FMC1_LA26_P B69_L1_P M25 FMC LA 第 26 路数据 P
FMC1_LA27_N B69_L3_N L27 FMC LA 第 27 路数据 N
FMC1_LA27_P B69_L3_P L26 FMC LA 第 27 路数据 P
FMC1_LA28_N B69_L16_N D30 FMC LA 第 28 路数据 N
FMC1_LA28_P B69_L16_P E30 FMC LA 第 28 路数据 P
FMC1_LA29_N B69_L7_N J31 FMC LA 第 29 路数据 N
FMC1_LA29_P B69_L7_P J30 FMC LA 第 29 路数据 P
FMC1_LA30_N B69_L11_N F27 FMC LA 第 30 路数据 N
FMC1_LA30_P B69_L11_P G27 FMC LA 第 30 路数据 P
FMC1_LA31_N B69_L9_N H28 FMC LA 第 31 路数据 N
FMC1_LA31_P B69_L9_P J28 FMC LA 第 31 路数据 P
FMC1_LA32_N B69_L10_N F31 FMC LA 第 32 路数据 N
FMC1_LA32_P B69_L10_P G31 FMC LA 第 32 路数据 P
FMC1_LA33_N B69_L8_N H30 FMC LA 第 33 路数据 N
FMC1_LA33_P B69_L8_P H29 FMC LA 第 33 路数据 P
FMC1_SCL B90_L1_P E5 FMC I2C 总线时钟
FMC1_SDA B90_L1_N E4 FMC I2C 总线数据
FMC1_HA00_CC_N B71_L13_N F18 FMC HA 第 0 路数据(时钟)N
FMC1_HA00_CC_P B71_L13_P F19 FMC HA 第 0 路数据(时钟)P
FMC1_HA01_CC_N B71_L11_N G16 FMC HA 第 1 路数据(时钟)N
FMC1_HA01_CC_P B71_L11_P G17 FMC HA 第 1 路数据(时钟)P
FMC1_HA02_N B71_L21_N A19 FMC HA 第 2 路数据 N
FMC1_HA02_P B71_L21_P B19 FMC HA 第 2 路数据 P
FMC1_HA03_N B71_L12_N G19 FMC HA 第 3 路数据 N
FMC1_HA03_P B71_L12_P H19 FMC HA 第 3 路数据 P
FMC1_HA04_N B71_L22_N B15 FMC HA 第 4 路数据 N
FMC1_HA04_P B71_L22_P B16 FMC HA 第 4 路数据 P
FMC1_HA05_N B71_L19_N C17 FMC HA 第 5 路数据 N
FMC1_HA05_P B71_L19_P C18 FMC HA 第 5 路数据 P
FMC1_HA06_N B71_L9_N G14 FMC HA 第 6 路数据 N
FMC1_HA06_P B71_L9_P H14 FMC HA 第 6 路数据 P
FMC1_HA07_N B71_L6_N K14 FMC HA 第 7 路数据 N
FMC1_HA07_P B71_L6_P K15 FMC HA 第 7 路数据 P
FMC1_HA08_N B71_L15_N E18 FMC HA 第 8 路数据 N
FMC1_HA08_P B71_L15_P E19 FMC HA 第 8 路数据 P
FMC1_HA09_N B71_L17_N D17 FMC HA 第 9 路数据 N
FMC1_HA09_P B71_L17_P D18 FMC HA 第 9 路数据 P
FMC1_HA10_N B71_L8_N H17 FMC HA 第 10 路数据 N
FMC1_HA10_P B71_L8_P H18 FMC HA 第 10 路数据 P
FMC1_HA11_N B71_L16_N E15 FMC HA 第 11 路数据 N
FMC1_HA11_P B71_L16_P E16 FMC HA 第 11 路数据 P
FMC1_HA12_N B71_L18_N D15 FMC HA 第 12 路数据 N
FMC1_HA12_P B71_L18_P D16 FMC HA 第 12 路数据 P
FMC1_HA13_N B71_L10_N F14 FMC HA 第 13 路数据 N
FMC1_HA13_P B71_L10_P G15 FMC HA 第 13 路数据 P
FMC1_HA14_N B71_L23_N A17 FMC HA 第 14 路数据 N
FMC1_HA14_P B71_L23_P A18 FMC HA 第 14 路数据 P
FMC1_HA15_N B71_L24_N A16 FMC HA 第 15 路数据 N
FMC1_HA15_P B71_L24_P B17 FMC HA 第 15 路数据 P
FMC1_HA16_N B71_L20_N C14 FMC HA 第 16 路数据 N
FMC1_HA16_P B71_L20_P C15 FMC HA 第 16 路数据 P
FMC1_HA17_CC_N B71_L14_N F16 FMC HA 第 17 路数据(时钟)N
FMC1_HA17_CC_P B71_L14_P F17 FMC HA 第 17 路数据(时钟)P
FMC1_HA18_N B70_L9_N G24 FMC HA 第 18 路数据 N
FMC1_HA18_P B70_L9_P H24 FMC HA 第 18 路数据 P
FMC1_HA19_N B70_L10_N G20 FMC HA 第 19 路数据 N
FMC1_HA19_P B70_L10_P H20 FMC HA 第 19 路数据 P
FMC1_HA20_N B71_L7_N H15 FMC HA 第 20 路数据 N
FMC1_HA20_P B71_L7_P J15 FMC HA 第 20 路数据 P
FMC1_HA21_N B70_L15_N D25 FMC HA 第 21 路数据 N
FMC1_HA21_P B70_L15_P E25 FMC HA 第 21 路数据 P
FMC1_HA22_N B70_L16_N D23 FMC HA 第 22 路数据 N
FMC1_HA22_P B70_L16_P D22 FMC HA 第 22 路数据 P
FMC1_HA23_N B69_L24_N A29 FMC HA 第 23 路数据 N
FMC1_HA23_P B69_L24_P A28 FMC HA 第 23 路数据 P
FMC1_HPC_GBTCLK0_M2C_C_P MGT226_CLK0_P AG12 收发器参考时钟 0 输入 P
FMC1_HPC_GBTCLK0_M2C_C_N MGT226_CLK0_N AG11 收发器参考时钟 0 输入 N
FMC1_DP0_M2C_P MGT226_RX0_P AL4 收发器数据 0 输入 P
FMC1_DP0_M2C_N MGT226_RX0_N AL3 收发器数据 0 输入 N
FMC1_DP1_M2C_P MGT226_RX1_P AK2 收发器数据 1 输入 P
FMC1_DP1_M2C_N MGT226_RX1_N AK1 收发器数据 1 输入 N
FMC1_DP2_M2C_P MGT226_RX2_P AJ4 收发器数据 2 输入 P
FMC1_DP2_M2C_N MGT226_RX2_N AJ3 收发器数据 2 输入 N
FMC1_DP3_M2C_P MGT226_RX3_P AH2 收发器数据 3 输入 P
FMC1_DP3_M2C_N MGT226_RX3_N AH1 收发器数据 3 输入 N
FMC1_DP4_M2C_P MGT227_RX0_P AG4 收发器数据 4 输入 P
FMC1_DP4_M2C_N MGT227_RX0_N AG3 收发器数据 4 输入 N
FMC1_DP5_M2C_P MGT227_RX1_P AF2 收发器数据 5 输入 P
FMC1_DP5_M2C_N MGT227_RX1_N AF1 收发器数据 5 输入 N
FMC1_DP6_M2C_P MGT227_RX2_P AE4 收发器数据 6 输入 P
FMC1_DP6_M2C_N MGT227_RX2_N AE3 收发器数据 6 输入 N
FMC1_DP7_M2C_P MGT227_RX3_P AD2 收发器数据 7 输入 P
FMC1_DP7_M2C_N MGT227_RX3_N AD1 收发器数据 7 输入 N
FMC1_DP0_C2M_P MGT226_TX0_P AL8 收发器数据 0 输出 P
FMC1_DP0_C2M_N MGT226_TX0_N AL7 收发器数据 0 输出 N
FMC1_DP1_C2M_P MGT226_TX1_P AK6 收发器数据 1 输出 P
FMC1_DP1_C2M_N MGT226_TX1_N AK5 收发器数据 1 输出 N
FMC1_DP2_C2M_P MGT226_TX2_P AJ8 收发器数据 2 输出 P
FMC1_DP2_C2M_N MGT226_TX2_N AJ7 收发器数据 2 输出 N
FMC1_DP3_C2M_P MGT226_TX3_P AH6 收发器数据 3 输出 P
FMC1_DP3_C2M_N MGT226_TX3_N AH5 收发器数据 3 输出 N
FMC1_DP4_C2M_P MGT227_TX0_P AG8 收发器数据 4 输出 P
FMC1_DP4_C2M_N MGT227_TX0_N AG7 收发器数据 4 输出 N
FMC1_DP5_C2M_P MGT227_TX1_P AF6 收发器数据 5 输出 P
FMC1_DP5_C2M_N MGT227_TX1_N AF5 收发器数据 5 输出 N
FMC1_DP6_C2M_P MGT227_TX2_P AE8 收发器数据 6 输出 P
FMC1_DP6_C2M_N MGT227_TX2_N AE7 收发器数据 6 输出 N
FMC1_DP7_C2M_P MGT227_TX3_P AD6 收发器数据 7 输出 P
FMC1_DP7_C2M_N MGT227_TX3_N AD5 收发器数据 7 输出 N
FMC1_HPC_GBTCLK1_M2C_C_P MGT227_CLK0_P AE12 收发器参考时钟 0 输入 P
FMC1_HPC_GBTCLK1_M2C_C_N MGT227_CLK0_N AE11 收发器参考时钟 0 输入 N

表 3.4.1-FMC HPC J12 连接器引脚分配

FMC2 扩展口包含 34 对 LA 信号差分对、2 对时钟信号,分别连接 FPGA 芯片 BANK64,BANK65,电平标准默认为 1.8V。8 路高速 GTH 收发信号连接 FPGA 芯片 BANK224,BANK225 的 IO 上。FPGA 和 FMC HPC 连接器的原理图如图 3.4.2 所示:

image15.png

图 3.4.2- HPC FMC 连接示意图

FMC HPC J13 连接器引脚分配如下:

信号名引脚名引脚号备注
FMC2_CLK0_M2C_N B65_L12_N AP14 FMC 第 0 路输入参考时钟 N
FMC2_CLK0_M2C_P B65_L12_P AP15 FMC 第 0 路输入参考时钟 P
FMC2_CLK1_M2C_N B64_L12_N AM20 FMC 第 1 路输入参考时钟 N
FMC2_CLK1_M2C_P B64_L12_P AL20 FMC 第 1 路输入参考时钟 P
FMC2_LA00_CC_N B65_L14_N AN15 FMC LA 第 0 路数据(时钟)N
FMC2_LA00_CC_P B65_L14_P AM15 FMC LA 第 0 路数据(时钟)P
FMC2_LA01_CC_N B65_L13_N AL14 FMC LA 第 1 路数据(时钟)N
FMC2_LA01_CC_P B65_L13_P AL15 FMC LA 第 1 路数据(时钟)P
FMC2_LA02_N B65_L17_N AJ15 FMC LA 第 2 路数据 N
FMC2_LA02_P B65_L17_P AJ16 FMC LA 第 2 路数据 P
FMC2_LA03_N B65_L5_N AV12 FMC LA 第 3 路数据 N
FMC2_LA03_P B65_L5_P AV13 FMC LA 第 3 路数据 P
FMC2_LA04_N B65_L19_N AT11 FMC LA 第 4 路数据 N
FMC2_LA04_P B65_L19_P AT12 FMC LA 第 4 路数据 P
FMC2_LA05_N B65_L24_N AM13 FMC LA 第 5 路数据 N
FMC2_LA05_P B65_L24_P AM14 FMC LA 第 5 路数据 P
FMC2_LA06_N B65_L8_N AU15 FMC LA 第 6 路数据 P
FMC2_LA06_P B65_L8_P AT15 FMC LA 第 6 路数据 P
FMC2_LA07_N B65_L10_N AR16 FMC LA 第 7 路数据 N
FMC2_LA07_P B65_L10_P AP16 FMC LA 第 7 路数据 P
FMC2_LA08_N B65_L16_N AL17 FMC LA 第 8 路数据 N
FMC2_LA08_P B65_L16_P AK17 FMC LA 第 8 路数据 P
FMC2_LA09_N B65_L9_N AW15 FMC LA 第 9 路数据 N
FMC2_LA09_P B65_L9_P AV15 FMC LA 第 9 路数据 P
FMC2_LA10_N B65_L4_N AV10 FMC LA 第 10 路数据 N
FMC2_LA10_P B65_L4_P AU10 FMC LA 第 10 路数据 P
FMC2_LA11_N B64_L10_N AL21 FMC LA 第 11 路数据 N
FMC2_LA11_P B64_L10_P AK21 FMC LA 第 11 路数据 P
FMC2_LA12_N B65_L7_N AW16 FMC LA 第 12 路数据 N
FMC2_LA12_P B65_L7_P AV16 FMC LA 第 12 路数据 P
FMC2_LA13_N B64_L9_N AP20 FMC LA 第 13 路数据 N
FMC2_LA13_P B64_L9_P AP21 FMC LA 第 13 路数据 P
FMC2_LA14_N B64_L7_N AR21 FMC LA 第 14 路数据 N
FMC2_LA14_P B64_L7_P AR22 FMC LA 第 14 路数据 P
FMC2_LA15_N B64_L11_N AN20 FMC LA 第 15 路数据 N
FMC2_LA15_P B64_L11_P AN21 FMC LA 第 15 路数据 P
FMC2_LA16_N B64_L8_N AM22 FMC LA 第 16 路数据 N
FMC2_LA16_P B64_L8_P AL22 FMC LA 第 16 路数据 P
FMC2_LA17_CC_N B64_L14_N AP18 FMC LA 第 17 路数据(时钟)N
FMC2_LA17_CC_P B64_L14_P AN18 FMC LA 第 17 路数据(时钟)P
FMC2_LA18_CC_N B64_L13_N AR19 FMC LA 第 18 路数据(时钟)N
FMC2_LA18_CC_P B64_L13_P AP19 FMC LA 第 18 路数据(时钟)P
FMC2_LA19_N B64_L6_N AW18 FMC LA 第 19 路数据 N
FMC2_LA19_P B64_L6_P AV18 FMC LA 第 19 路数据 P
FMC2_LA20_N B64_L16_N AU17 FMC LA 第 20 路数据 N
FMC2_LA20_P B64_L16_P AT17 FMC LA 第 20 路数据 P
FMC2_LA21_N B64_L20_N AM19 FMC LA 第 21 路数据 N
FMC2_LA21_P B64_L20_P AL19 FMC LA 第 21 路数据 P
FMC2_LA22_N B64_L21_N AJ19 FMC LA 第 22 路数据 N
FMC2_LA22_P B64_L21_P AJ20 FMC LA 第 22 路数据 P
FMC2_LA23_N B64_L23_N AJ18 FMC LA 第 23 路数据 N
FMC2_LA23_P B64_L23_P AH18 FMC LA 第 23 路数据 P
FMC2_LA24_N B64_L15_N AT19 FMC LA 第 24 路数据 N
FMC2_LA24_P B64_L15_P AT20 FMC LA 第 24 路数据 P
FMC2_LA25_N B64_L18_N AR17 FMC LA 第 25 路数据 N
FMC2_LA25_P B64_L18_P AR18 FMC LA 第 25 路数据 P
FMC2_LA26_N B64_L19_N AJ21 FMC LA 第 26 路数据 N
FMC2_LA26_P B64_L19_P AH21 FMC LA 第 26 路数据 P
FMC2_LA27_N B64_L22_N AK18 FMC LA 第 27 路数据 N
FMC2_LA27_P B64_L22_P AK19 FMC LA 第 27 路数据 P
FMC2_LA28_N B64_L17_N AU18 FMC LA 第 28 路数据 N
FMC2_LA28_P B64_L17_P AU19 FMC LA 第 28 路数据 P
FMC2_LA29_N B64_L1_N AV22 FMC LA 第 29 路数据 N
FMC2_LA29_P B64_L1_P AU22 FMC LA 第 29 路数据 P
FMC2_LA30_N B64_L3_N AW21 FMC LA 第 30 路数据 N
FMC2_LA30_P B64_L3_P AV21 FMC LA 第 30 路数据 P
FMC2_LA31_N B64_L5_N AT21 FMC LA 第 31 路数据 N
FMC2_LA31_P B64_L5_P AT22 FMC LA 第 31 路数据 P
FMC2_LA32_N B64_L4_N AW19 FMC LA 第 32 路数据 N
FMC2_LA32_P B64_L4_P AW20 FMC LA 第 32 路数据 P
FMC2_LA33_N B64_L2_N AV20 FMC LA 第 33 路数据 N
FMC2_LA33_P B64_L2_P AU20 FMC LA 第 33 路数据 P
FMC2_SCL B90_L2_P F4 FMC I2C 总线时钟
FMC2_SDA B90_L2_N E3 FMC I2C 总线数据
FMC2_HPC_GBTCLK0_M2C_C_N MGT224_CLK0_N AM9 收发器参考时钟 0 输入 N
FMC2_HPC_GBTCLK0_M2C_C_P MGT224_CLK0_P AM10 收发器参考时钟 0 输入 P
MGT_A_CLOCK_N MGT224_CLK1_N AK9 收发器参考时钟 1 输入 N
MGT_A_CLOCK_P MGT224_CLK1_P AK10 收发器参考时钟 1 输入 P
FMC2_DP0_M2C_P MGT224_RX3_P AT2 收发器数据 0 输入 P
FMC2_DP0_M2C_N MGT224_RX3_N AT1 收发器数据 0 输入 N
FMC2_DP1_M2C_P MGT224_RX2_P AU4 收发器数据 1 输入 P
FMC2_DP1_M2C_N MGT224_RX2_N AU3 收发器数据 1 输入 N
FMC2_DP2_M2C_P MGT224_RX0_P AW4 收发器数据 2 输入 P
FMC2_DP2_M2C_N MGT224_RX0_N AW3 收发器数据 2 输入 N
FMC2_DP3_M2C_P MGT224_RX1_P AV2 收发器数据 3 输入 P
FMC2_DP3_M2C_N MGT224_RX1_N AV1 收发器数据 3 输入 N
FMC2_DP4_M2C_P MGT225_RX1_P AP2 收发器数据 4 输入 P
FMC2_DP4_M2C_N MGT225_RX1_N AP1 收发器数据 4 输入 N
FMC2_DP5_M2C_P MGT225_RX3_P AM2 收发器数据 5 输入 P
FMC2_DP5_M2C_N MGT225_RX3_N AM1 收发器数据 5 输入 N
FMC2_DP6_M2C_P MGT225_RX2_P AN4 收发器数据 6 输入 P
FMC2_DP6_M2C_N MGT225_RX2_N AN3 收发器数据 6 输入 N
FMC2_DP7_M2C_P MGT225_RX0_P AR4 收发器数据 7 输入 P
FMC2_DP7_M2C_N MGT225_RX0_N AR3 收发器数据 7 输入 N
FMC2_DP0_C2M_P MGT224_TX3_P AT6 收发器数据 0 输出 P
FMC2_DP0_C2M_N MGT224_TX3_N AT5 收发器数据 0 输出 N
FMC2_DP1_C2M_P MGT224_TX2_P AU8 收发器数据 1 输出 P
FMC2_DP1_C2M_N MGT224_TX2_N AU7 收发器数据 1 输出 N
FMC2_DP2_C2M_P MGT224_TX0_P AW8 收发器数据 2 输出 P
FMC2_DP2_C2M_N MGT224_TX0_N AW7 收发器数据 2 输出 N
FMC2_DP3_C2M_P MGT224_TX1_P AV6 收发器数据 3 输出 P
FMC2_DP3_C2M_N MGT224_TX1_N AV5 收发器数据 3 输出 N
FMC2_DP4_C2M_P MGT225_TX1_P AP6 收发器数据 4 输出 P
FMC2_DP4_C2M_N MGT225_TX1_N AP5 收发器数据 4 输出 N
FMC2_DP5_C2M_P MGT225_TX3_P AM6 收发器数据 5 输出 P
FMC2_DP5_C2M_N MGT225_TX3_N AM5 收发器数据 5 输出 N
FMC2_DP6_C2M_P MGT225_TX2_P AN8 收发器数据 6 输出 P
FMC2_DP6_C2M_N MGT225_TX2_N AN7 收发器数据 6 输出 N
FMC2_DP7_C2M_P MGT225_TX0_P AR8 收发器数据 7 输出 P
FMC2_DP7_C2M_N MGT225_TX0_N AR7 收发器数据 7 输出 N
FMC2_HPC_GBTCLK1_M2C_C_N MGT225_CLK0_N AJ11 收发器参考时钟 0 输入 N
FMC2_HPC_GBTCLK1_M2C_C_P MGT225_CLK0_P AJ12 收发器参考时钟 0 输入 P

表 3.4.2-FMC HPC J13 连接器引脚分配

3.5 MIPI 接口

AXKU15S 扩展板上带有 2 路 MIPI lanex4 摄像头输入接口。MIPI1 对应 J9,与 FPGA 的 BANK69 和 BANK90 相连。MIPI2 对应 J10,与 FPGA 的 BANK71 和 BANK90 相连,连接的设计示意图如下图所示:

image16.png

图 3.5.1-MIPI1 接口设计原理图

image17.png

图 3.5.2- MIPI2 接口设计原理图

MIPI1 接口引脚分配

信号名称FPGA 引脚名引脚号备注
MIPI1_CLK_P B69_L19_P C29 MIPI 输入时钟正
MIPI1_CLK_N B69_L19_N B29 MIPI 输入时钟负
MIPI1_LAN0_P B69_L23_P B26 MIPI 输入的数据 LANE0 正
MIPI1_LAN0_N B69_L23_N A26 MIPI 输入的数据 LANE0 负
MIPI1_LAN1_P B69_L20_P C27 MIPI 输入的数据 LANE1 正
MIPI1_LAN1_N B69_L20_N C28 MIPI 输入的数据 LANE1 负
MIPI1_LAN2_P B69_L21_P B31 MIPI 输入的数据 LANE2 正
MIPI1_LAN2_N B69_L21_N A31 MIPI 输入的数据 LANE2 负
MIPI1_LAN3_P B69_L22_P B27 MIPI 输入的数据 LANE3 正
MIPI1_LAN3_N B69_L22_N A27 MIPI 输入的数据 LANE3 负
MIPI1_CLK B90_L8_P C5 摄像头的时钟输入
MIPI1_GPIO B90_L8_N C4 摄像头的 GPIO 控制
MIPI1_I2C_SCL B90_L3_P F3 摄像头的 I2C 时钟
MIPI1_I2C_SDA B90_L3_N F2 摄像头的 I2C 数据

表 3.5.1-MIPI1 接口引脚分配

MIPI2 接口引脚分配

信号名称FPGA 引脚名引脚号备注
MIPI2_CLK_P B71_L1_P M16 MIPI 输入时钟正
MIPI2_CLK_N B71_L1_N M15 MIPI 输入时钟负
MIPI2_LAN0_P B71_L3_P L18 MIPI 输入的数据 LANE0 正
MIPI2_LAN0_N B71_L3_N K18 MIPI 输入的数据 LANE0 负
MIPI2_LAN1_P B71_L5_P K16 MIPI 输入的数据 LANE1 正
MIPI2_LAN1_N B71_L5_N J16 MIPI 输入的数据 LANE1 负
MIPI2_LAN2_P B71_L2_P L19 MIPI 输入的数据 LANE2 正
MIPI2_LAN2_N B71_L2_N K19 MIPI 输入的数据 LANE2 负
MIPI2_LAN3_P B71_L4_P L17 MIPI 输入的数据 LANE3 正
MIPI2_LAN3_N B71_L4_N L16 MIPI 输入的数据 LANE3 负
MIPI2_CLK B90_L7_P D3 摄像头的时钟输入
MIPI2_GPIO B90_L7_N C3 摄像头的 GPIO 控制
MIPI2_I2C_SCL B90_L4_P F1 摄像头的 I2C 时钟
MIPI2_I2C_SDA B90_L4_N E1 摄像头的 I2C 数据

表 3.5.2-MIPI2 接口引脚分配

3.6 USB 转串口

AXKU15S 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 CP2102N 的 USB-UART 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:

image18.png

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 B90_L6_N D1 Uart 数据输入
UART_TXD B90_L6_P D2 Uart 数据输出

表 3.6.1- USB 转串口引脚分配

3.7 SD 卡槽

AXKU15S 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所示。

image19.png

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_CD B90_L11_N A3 SD 片选信号
SD_CLK B91_L8_P C10 SD 时钟信号
SD_CMD B91_L8_N C9 SD 命令信号
SD_D0 B90_L12_N A6 SD 数据 Data0
SD_D1 B90_L12_P B6 SD 数据 Data1
SD_D2 B91_L7_N C7 SD 数据 Data2
SD_D3 B91_L7_P C8 SD 数据 Data3

表 3.7.1-SD 卡槽引脚分配

3.8 SATA 接口

板上配备了 2 路 SATA 接口,SATA 的差分信号连接到 GTY BANK131 上。

SATA 的参考时钟 150MHz 由可编程时钟芯片 Si5332BD11025-4 提供。SATA 接口设计的示意图如下图所示:

image20.png

图 3.8.1- SATA 接口设计示意图

SATA 接口 FPGA 引脚分配如下:

信号名称引脚名引脚号备注
SATA1_RX_N MGT131_RX0_N M37 SATA1 数据接收负
SATA1_RX_P MGT131_RX0_P M36 SATA1 数据接收正
SATA2_RX_N MGT131_RX1_N L39 SATA2 数据接收负
SATA2_RX_P MGT131_RX1_P L38 SATA2 数据接收正
SATA1_TX_N MGT131_TX0_N J34 SATA1 数据发送负
SATA1_TX_P MGT131_TX0_P J33 SATA1 数据发送正
SATA2_TX_N MGT131_TX1_N G34 SATA2 数据发送负
SATA2_TX_P MGT131_TX1_P G33 SATA2 数据发送正
SATACLK_N MGT131_CLK0_N T28 SATA 参考时钟负
SATACLK_P MGT131_CLK0_P T27 SATA 参考时钟正

表 3.8.1-SATA 引脚分配

3.9 按键和 LED 灯

AXKU15S 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 电压为高时,用户 LED 灯点亮,当连接 IO 电压为低时,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所示:

image21.png

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
KEY4 B91_L9_P B7 用户按键 4
KEY3 B91_L9_N A7 用户按键 3
KEY2 B91_L10_P B9 用户按键 2
KEY1 B91_L10_N A8 用户按键 1
LED1 B91_L5_P D8 用户 LED1 灯
LED2 B91_L5_N D7 用户 LED2 灯
LED3 B91_L6_P D11 用户 LED3 灯
LED4 B91_L6_N D10 用户 LED4 灯

表 3.9.1-LED 和按键引脚分配

3.10 EEPROM

AXKU15S 开发板板载了一片 EEPROM,型号为 24LC04,容量为:4Kbit(22568bit),由 2 个 256byte 的 block 组成,通过 IIC 总线进行通信。板载 EEPROM 就是为了学习 IIC 总线的通信方式。EEPROM 的 I2C 信号连接的 FPGA 端的 BANK B1 IO 口上。下图为 EEPROM 的设计示意图。

image22.png

图 3.10.1-EEPROM 原理图部分

EEPROM 引脚分配:

引脚名称FPGA 引脚名FPGA 引脚
EEPROM_RTC_I2C_SCL IO_L9N_AD3N_90 B2
EEPROM_RTC_I2C_SDA IO_L9P_AD3P_90 C2

表 3.10.1-EEPROM 引脚分配

3.11 温度传感器

AXKU15S 开发板上安装了一个高精度、低功耗、数字温度传感器芯片,型号为 ON Semiconductor 公司的 LM75A。LM75A 芯片的温度精度为 0.125 度,传感器和 FPGA 直接为 I2C 数字接口,FPGA 通过 I2C 接口来读取当前开发板附近的温度。下图为 LM75A 传感器芯片的设计示意图

image23.png

图 3.11.1- LM75A 传感器原理图部分

LM75A 传感器引脚分配:

引脚名称FPGA 引脚名FPGA 引脚号
LM75A_SCL IO_L10P_AD2P_90 B5
LM75A_SDA IO_L10N_AD2N_90 B4

表 3.11.1-LM75A 传感器引脚分配

3.12 光纤接口

扩展板上有 2 路 QSFP28 光纤接口,用户可以购买 QSFP 光模块插入到这 2 个光纤接口中进行光纤数据通信。2 路光纤接口分别跟 FPGA 的 BANK127-128 的 GTY 收发器的 4 路 RX/TX 相连接。FPGA 和光纤设计示意图如下图所示:

image24.png

图 3.12.1-光纤设计示意图

2 路光纤接口引脚分配如下:

引脚名称FPGA 引脚名FPGA 引脚号备注
QSFP1_RX1_N MGTYRXN0_127 AH37 光模块 1 数据接收负 1
QSFP1_RX1_P MGTYRXP0_127 AH36 光模块 1 数据接收正 1
QSFP1_RX2_N MGTYRXN1_127 AG39 光模块 1 数据接收负 2
QSFP1_RX2_P MGTYRXP1_127 AG38 光模块 1 数据接收正 2
QSFP1_RX3_N MGTYRXN2_127 AF37 光模块 1 数据接收负 3
QSFP1_RX3_P MGTYRXP2_127 AF36 光模块 1 数据接收正 3
QSFP1_RX4_N MGTYRXN3_127 AE39 光模块 1 数据接收负 4
QSFP1_RX4_P MGTYRXP3_127 AE38 光模块 1 数据接收正 4
QSFP1_TX1_N MGTYTXN0_127 AF32 光模块 1 数据发送负 1
QSFP1_TX1_P MGTYTXP0_127 AF31 光模块 1 数据发送正 1
QSFP1_TX2_N MGTYTXN1_127 AE34 光模块 1 数据发送负 2
QSFP1_TX2_P MGTYTXP1_127 AE33 光模块 1 数据发送正 2
QSFP1_TX3_N MGTYTXN2_127 AD32 光模块 1 数据发送负 3
QSFP1_TX3_P MGTYTXP2_127 AD31 光模块 1 数据发送正 3
QSFP1_TX4_N MGTYTXN3_127 AC34 光模块 1 数据发送负 4
QSFP1_TX4_P MGTYTXP3_127 AC33 光模块 1 数据发送正 4
QSFP1_SCL IO_L1P_AD15P_91 F6 光模块 1 的 I2C 时钟
QSFP1_SDA IO_L2P_AD14P_91 F8 光模块 1 的 I2C 数据
QSFP1_INTL IO_L10P_AD2P_93 L13 光模块 1 的中断信号
QSFP1_LPMODE IO_L2N_AD14N_91 F7 光模块 1 低功耗选择信号
QSFP1_MODPRSL IO_L10N_AD2N_93 K13 光模块 1 存在指示信号
QSFP1_MODSELL IO_L9N_AD3N_93 M10 光模块 1 模块选择信号
QSFP1_RESETL IO_L9P_AD3P_93 N10 光模块 1 复位信号
QSFP2_RX1_N MGTYRXN0_128 AD37 光模块 2 数据接收负 1
QSFP2_RX1_P MGTYRXP0_128 AD36 光模块 2 数据接收正 1
QSFP2_RX2_N MGTYRXN1_128 AC39 光模块 2 数据接收负 2
QSFP2_RX2_P MGTYRXP1_128 AC38 光模块 2 数据接收正 2
QSFP2_RX3_N MGTYRXN2_128 AB37 光模块 2 数据接收负 3
QSFP2_RX3_P MGTYRXP2_128 AB36 光模块 2 数据接收正 3
QSFP2_RX4_N MGTYRXN3_128 AA39 光模块 2 数据接收负 4
QSFP2_RX4_P MGTYRXP3_128 AA38 光模块 2 数据接收正 4
QSFP2_TX1_N MGTYTXN0_128 AB32 光模块 2 数据发送负 1
QSFP2_TX1_P MGTYTXP0_128 AB31 光模块 2 数据发送正 1
QSFP2_TX2_N MGTYTXN1_128 AA34 光模块 2 数据发送负 2
QSFP2_TX2_P MGTYTXP1_128 AA33 光模块 2 数据发送正 2
QSFP2_TX3_N MGTYTXN2_128 Y32 光模块 2 数据发送负 3
QSFP2_TX3_P MGTYTXP2_128 Y31 光模块 2 数据发送正 3
QSFP2_TX4_N MGTYTXN3_128 W34 光模块 2 数据发送负 4
QSFP2_TX4_P MGTYTXP3_128 W33 光模块 2 数据发送正 4
QSFP2_SCL IO_L5N_HDGC_AD7N_93 N14 光模块 2 的 I2C 时钟
QSFP2_SDA IO_L5P_HDGC_AD7P_93 N15 光模块 2 的 I2C 数据
QSFP2_INTL IO_L1P_AD11P_93 R15 光模块 2 的中断信号
QSFP2_LPMODE IO_L6N_HDGC_AD6N_93 N12 光模块 2 低功耗选择信号
QSFP2_MODPRSL IO_L1N_AD11N_93 P15 光模块 2 存在指示信号
QSFP2_MODSELL IO_L2N_AD10N_93 R13 光模块 2 模块选择信号
QSFP2_RESETL IO_L2P_AD10P_93 R14 光模块 2 复位信号

表 3.12.1-光纤接口引脚分配

3.13 JTAG 调试口

在 AXKU15S 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。FPGA 和 JTAG 引脚分配如下表所示:

引脚名称FPGA 引脚名FPGA 引脚号备注
FPGA_TDO TDO_0 AG27 TDO 输出
FPGA_TCK TCK_0 AG23 TCK 时钟
FPGA_TDI TDI_0 AG24 TDI 输入
FPGA_TMS TMS_0 AD22 TMS 模式选择

表 3.13.1-JTAG 接口引脚分配

3.14 时钟配置

AXKU15S 底板上有 2 路差分有源时钟 G2 和 G3,频率都是 156.25MHz。为 FPGA 的高速收发器提供参考时钟。同时,BANK127,BANK128 的参考时钟可选择由 Si5332BD11025-4 芯片提供或或独立的晶振提供。时钟电路示意图如下图 3.14.1 所示:

image25.png

图 3.14.1-原理图中电源接口部分

FPGA 和时钟引脚分配如下表所示:

引脚名称FPGA 引脚名FPGA 引脚号备注
MGT_B_CLOCK_P MGTREFCLK1P_127 AC29 高速收发器参考时钟正 B
MGT_A_CLOCK_N MGTREFCLK1N_224 AK9 高速收发器参考时钟负 A
MGT_A_CLOCK_P MGTREFCLK1P_224 AK10 高速收发器参考时钟正 A
MGT_B_CLOCK_N MGTREFCLK1N_127 AC30 高速收发器参考时钟负 B
CLK0_N MGTREFCLK0N_127 AE30 时钟 0 输入 N
CLK0_P MGTREFCLK0P_127 AE29 时钟 0 输入 P
CLK1_N MGTREFCLK0N_128 AB28 时钟 1 输入 N
CLK1_P MGTREFCLK0P_128 AB27 时钟 1 输入 P
CLK2_N MGTREFCLK1N_227 AD9 时钟 2 输入 N
CLK2_P MGTREFCLK1P_227 AD10 时钟 2 输入 P
CLK3_N MGTREFCLK1N_128 AA30 时钟 3 输入 N
CLK3_P MGTREFCLK1P_128 AA29 时钟 3 输入 P
CLK7_N MGTREFCLK1N_226 AF9 时钟 7 输入 N
CLK7_P MGTREFCLK1P_226 AF10 时钟 7 输入 P

表 3.14.1-时钟信号引脚分配

3.15 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。4 路 DC/DC 电源芯片 SGM61163 分别输出 +5V、FMC1_VADJ、FMC2_VADJ 和 3.3V 电压;ETA1471 输出 FPGABANK 所需的电压。同时输出的 +3.3V 给多路 LDO 输出 JTAG 各 FPGABANK 所需的电压。核心板 BANK69-71 默认通过 DCDC 芯片供电,BANK90-94 电源默认接 3.3V,用户可通过电阻选择 LDO 芯片供电,电源设计示意图如下图所示:

image26.png

图 3.15.1-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 扩展模块供电电源
FMC1_VADJ FMC1 调整电压
FMC2_VADJ FMC2 调整电压
+3.3V 底板外设电源
VDD_REF JTAG 电源
VCCIO_65 FPGA BANK 电压
VCCIO_90_91_93_94_ADJ@1A FPGA BANK 电压
VCCIO_69_70_71_ADJ@1A FPGA BANK 电压

表 3.15.1-电源功能分配

3.16 结构尺寸图

image27.png

图 3.16.1-开发板正面图(Top View)

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