1.4 典型的Xilinx FPGA芯片

Xilinx公司的主流FPGA分为两大类，一类侧重低成本应用，容量中等，性能可以满足一般的逻辑设计要求，如Spartan系列；还有一类侧重于高性能应用，容量大，性能可以满足各类高端应用，如Virtex系列。用户可以根据实际要求进行选择，在性能可以满足的情况下，优先选择低成本器件。

1．面向高性能的Virtex系列FPGA

Virtex系列是Xilinx公司的高端产品，也是业界的顶级产品，Xilinx公司正是凭借Vitex系列产品赢得了市场，从而获得FPGA供应商领头羊的地位。可以说，Xilinx公司以其Virtex系列FPGA产品引领了现场可编程门阵列行业。该系列主要面向电信基础设施、汽车工业、高端消费电子等应用，目前的主流芯片包括：Vitrex-2、Virtex-2 Pro、Vitex-4、Virtex-5、Vitex-6和Virtex-7等。

Virtex-2系列于2002年推出，采用0.15nm工艺，1.5V内核电压，工作时钟可高达420MHz，支持20多种I/O接口标准，具有完全的系统时钟管理功能，且内置IP核硬核技术，可以将硬IP核分配到芯片的任何地方，具有比Virtex系列更多的资源和更高的性能。

Virtex-2 Pro系列是在Virtex-2系列的基础上，增强了嵌入式处理功能，内嵌了PowerPC 405内核，还包括了先进的主动互联（Active Interconnect）技术，以解决高性能系统所面临的挑战。此外该系列还增加了高速串行收发器，提供了千兆以太网的解决方案。

Virtex-4系列基于高级硅片组合模块（ASMBL）架构，逻辑密度高，时钟频率高达500MHz；具备DCM模块、PMCD相位匹配时钟分频器、片上差分时钟网络；采用了集成FIFO控制逻辑的500MHz SmartRAM技术，每个I/O都集成了ChipSync源同步技术的1 Gb/s I/O和Xtreme DSP逻辑片。设计者可以根据需求选择不同的Virtex-4子系统，如面向逻辑密集的设计选择Virtex-4 LX，面向高性能信号处理应用选择Virtex-4 SX，面向高速串行连接和嵌入式处理应用选择Virtex-4 FX。Virtex-4系列的各项指标均比Virtex-2有很大提高，从2005年年底开始批量生产，已取代Virtex-2，Virtex-2Pro，是当今Xilinx公司在高端FPGA市场中最重要的产品。

Virtex-5系列以最先进的65nm铜工艺技术为基础，采用第二代ASMBL（高级硅片组合模块）列式架构，包含5种截然不同的平台（子系列）。每种平台都包含不同的功能配比，以满足诸多高级逻辑设计的需求。除了最先进的高性能逻辑架构，Virtex-5 FPGA还包含多种硬IP系统级模块，包括强大的36 Kb Block RAM/FIFO、第二代25x18 DSP Slice、带有内置数控阻抗的SelectIO技术、ChipSync源同步接口模块、系统监视器功能、带有集成DCM（数字时钟管理器）和锁相环（PLL）时钟发生器的增强型时钟管理模块以及高级配置选项。其他基于平台的功能包括针对增强型串行连接的电源优化高速串行收发器模块、兼容PCI Express的集成端点模块、三态以太网MAC（媒体访问控制器）和高性能PowerPC 440微处理器嵌入式模块。这些功能使高级逻辑设计人员能够在其基于FPGA的系统中体现最高档次的性能和功能。

Virtex-6系列为FPGA市场提供了具有最新、最高级特性的产品。Virtex-6 FPGA提供了软硬件组件的目标测试平台，可帮助设计人员在开发工作启动后集中精力于创新工作。Virtex-6系列采用第三代高级硅片组合模块（ASMBL）柱式架构，包括了多个不同的子系列，如LXT、SXT和HXT子系列。每个子系列都包含不同的特性组合，可高效满足多种高级逻辑设计需求。除了高性能逻辑结构之外，Virtex-6 FPGA还包括许多内置的系统级模块。上述特性能使逻辑设计人员在FPGA系统中构建最高级的性能和功能。Virtex-6 FPGA采用了尖端的40nm铜工艺技术，为定制ASIC技术提供了一种可编程的选择方案，还为满足高性能逻辑设计人员、高性能DSP设计人员和高性能嵌入式系统设计人员的需求提供了最佳解决方案，带来前所未有的逻辑、DSP、连接和软微处理器功能。

Virtex-7系列是2011年推出的超高端FPGA产品，工艺为28nm，它使得客户在功能方面收放自如，既能降低成本和功耗，又能提高性能和容量，从而降低低成本和高性能系列产品的开发部署投资。此外，与Virtex-6相比，Virtex-7可确保将成本降低35%，且无须增加转换或工程投资，进一步提高了生产率。

2．面向低成本的Spartan系列FPGA

Spartan系列适用于普通的工业、商业等领域，目前主流的芯片包括Spartan-2、Spartan-2E、Spartan-3、Spartan-3A、Spartan-3E以及Spartan-6等。

Spartan-2在Spartan系列的基础上继承了更多的逻辑资源，达到了更高的性能，芯片密度高达20万系统门。由于其采用了成熟的FPGA结构，支持流行的接口标准，具有适量的逻辑资源和片内RAM，并提供灵活的时钟处理，因而可以运行8位的PicoBlaze软核，主要应用于各类低端产品中。

Spartan-2E系列基于Virtex-E架构，具有比Spartan-2更多的逻辑门、用户I/O和更高的性能。Xilinx公司还为其提供了包括存储器控制器、系统接口、DSP、通信及网络等IP核，并可以运行CPU软核，对DSP有一定的支持。

Spartan-3系列基于Virtex-2 FPGA架构，采用90nm技术，8层金属工艺，系统门数超过500万，内嵌了硬核乘法器和数字时钟管理模块。从结构上看，Spartan-3将逻辑、存储器、数学运算、数字处理器、I/O以及系统管理资源完美地结合在一起，使之有更高层次、更广泛的应用，获得了商业上的成功，在中低端市场中占据了较大的份额。

Spartan-3E系列是在Spartan-3的基础上进一步改进的产品，提供了比Spartan-3更多的I/O端口和更低的单位成本，是Xilinx公司性价比最高的FPGA芯片。由于该系列更好地利用了90nm技术，在单位成本上实现了更多的功能和处理带宽，因此是Xilinx公司新的低成本产品代表，是ASIC的有效替代品，主要面向消费电子应用，如宽带无线接入、家庭网络接入以及数字电视设备等。

Spartan-3A系列是在Spartan-3和Spartan-3E平台的基础上，整合各种创新特性来帮助客户极大地削减系统总成本。该系列利用独特的器件DNA ID技术，实现了业内首款FPGA电子序列号；提供了经济、功能强大的机制来防止发生窜改、克隆和过度设计的现象。具有集成式看门狗监控功能的增强型多重启动特性；支持商用Flash存储器，这有助于削减系统总成本。

Spartan-6系列不仅拥有业界领先的系统集成能力，同时还能实现适用于大批量应用的最低总成本。该系列由13个成员组成，可提供的密度从3840个逻辑单元到147443个逻辑单元不等。与上一代Spartan系列相比，该系列功耗仅为其50%，且速度更快、连接功能更丰富全面。Spartan-6系列采用成熟的45nm低功耗铜制程技术制造，实现了性价比与功耗的完美平衡，能够提供全新且更高效的双寄存器6输入查找表（LUT）逻辑和一系列丰富的内置系统级模块，其中包括18kB Block RAM、第二代DSP48A1 Slice、SDRAM存储器控制器、增强型混合模式时钟管理模块、SelectIO技术、功率优化的高速串行收发器模块、PCI Express®兼容端点模块、高级系统级电源管理模式、自动检测配置选项，以及通过AES和Device DNA保护功能实现的增强型IP安全性。这些优异特性以前所未有的易用性为定制ASIC产品提供了低成本的可编程替代方案。Spartan-6 FPGA可为大批量逻辑设计、以消费类为导向的DSP设计以及成本敏感型嵌入式应用提供最佳解决方案。Spartan-6 FPGA奠定了坚实的可编程芯片基础，非常适用于可提供集成软硬件组件的目标设计平台，以使设计人员在开发工作启动之初即可将精力集中到创新工作上。

Spartan-7 FPGA系列采用小型封装却拥有高比例的I/O数量，这对成本敏感型市场至关重要。该系列的单位功耗性价比相较前代产品提升高达4倍，可提供灵活的连接能力、接口桥接和辅助芯片等功能。该最新系列器件将提供以IP和系统为中心的开发环境，以应对各种成本敏感市场常见的更短开发周期的需求和严格的产品上市时间的压力。Spartan-7 FPGA系列的推出，将进一步壮大采用台积公司（TSMC）28nm HPL工艺的现有Xilinx 7系列产品阵营。

考虑到成本等多方面因素，在学习使用Xilinx系列FPGA时，选用Spartan-6系列足以满足研究需求。