XME0837 用户手册
开发环境：
赛灵思Vivado 2021.1
微信公众号：
●1. 概述
XME0837 是微相科技基于 Xilinx Kintex UltraScale+ SoC 推出的工业级系统模块。可根据需求定制，定制需求可能需要满足最小订单量，请联系我们的销售团队获取更多信息：sales@microphase.cn。
该模块集成了 5 片 1GB DDR4，组成 80 位数据总线，容量为 5GB。PS（处理系统）与 DDR3 之间的数据读写时钟频率最高可达 533MHz，最高运行时钟速度可达1333MHz(数据速率2666Mbps)，能够满足系统对高带宽数据处理的需求。同时，核心板上集成了2片128MB QSPI FLASH, 在使用中，它可以作为系统大容量的存储设备。
核心板扩展出322个单端IO（可配置成161对差分IO）；其中HD IO 96个，可配置为48对差分，电压均可调；HP IO 226个，可配置为113对差分，95对电压可调，18对电压为1.8V;同时引出了 24对GTY高速RX/TX差分信号以及12对GTH高速RX/TX差分信号，FPGA Pin到连接器的走线都做了等长差分处理，阻抗单端50欧姆，差分100欧姆。
○板卡布局
○资源特性
FPGA：Xilinx XCKU15P- 2FFVB1517I
DDR4：5GB DDR4 RAM, 80Bit
时钟：1 100MHz系统单端时钟
3 200MHz系统差分时钟Flash：2 128MB QSPI Flash
LED：2个LED, 1个显示配置状态，1个显示电源状态
收发器：GTY: 24; GTH: 12
GPIO：HD IO: 96, 48对LVDS，电压均可调
HP IO: 226, 113对LVDS, 95对电压可调, 18对1.8V连接器：4 x 240pin 高速B2B连接器
○机械尺寸
●2. 功能资源
○FPGA
逻辑单元Logic Cells:1,143K；
查找表LUTs: 523K
触发器(flip-flops): 1,045K
Block RAM：34.6Mb；
UltraRAM：36.0Mb；
DSP Slices：1,968
○DDR4
XME0837板载了五片镁光的DDR4，每片1GB, 组成数据位宽为80位，使用DDR4型号: MT40A512M16LY-062E。DDR4 SDRAM的最高运行时钟速度可达1333MHz(数据速率2666Mbps)， DDR4芯片连接到BANK66、67、68存储器接口上。
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。
ZYNQ Bank66、67、68与DDR4硬件连接示意图如下图所示
DDR4与FPGA连接分配表如下：
| 信号名称 | 引脚号 | 信号名称 | 引脚号 |
|---|---|---|---|
| DDR4_C1_D0 | AW25 | DDR4_C1_D71 | AN33 |
| DDR4_C1_D1 | AW26 | DDR4_C1_D72 | AJ29 |
| DDR4_C1_D2 | AU23 | DDR4_C1_D73 | AJ30 |
| DDR4_C1_D3 | AV23 | DDR4_C1_D74 | AH31 |
| DDR4_C1_D4 | AT24 | DDR4_C1_D75 | AH32 |
| DDR4_C1_D5 | AU24 | DDR4_C1_D76 | AK32 |
| DDR4_C1_D6 | AV26 | DDR4_C1_D77 | AL32 |
| DDR4_C1_D7 | AV27 | DDR4_C1_D78 | AM32 |
| DDR4_C1_D8 | AT25 | DDR4_C1_D79 | AM33 |
| DDR4_C1_D9 | AT26 | DDR4_C1_DM0 | AW23 |
| DDR4_C1_D10 | AN23 | DDR4_C1_DM1 | AR23 |
| DDR4_C1_D11 | AP23 | DDR4_C1_DM2 | AM23 |
| DDR4_C1_D12 | AP24 | DDR4_C1_DM3 | AL25 |
| DDR4_C1_D13 | AP25 | DDR4_C1_DM4 | AU28 |
| DDR4_C1_D14 | AN25 | DDR4_C1_DM5 | AV35 |
| DDR4_C1_D15 | AP26 | DDR4_C1_DM6 | AR34 |
| DDR4_C1_D16 | AL24 | DDR4_C1_DM7 | AR37 |
| DDR4_C1_D17 | AM25 | DDR4_C1_DM8 | AM28 |
| DDR4_C1_D18 | AK22 | DDR4_C1_DM9 | AH30 |
| DDR4_C1_D19 | AK23 | DDR4_C1_DQS_N0 | AV25 |
| DDR4_C1_D20 | AH23 | DDR4_C1_DQS_N1 | AR27 |
| DDR4_C1_D21 | AJ23 | DDR4_C1_DQS_P0 | AU25 |
| DDR4_C1_D22 | AJ24 | DDR4_C1_DQS_P1 | AR26 |
| DDR4_C1_D23 | AK24 | DDR4_C1_DQS2_N | AJ25 |
| DDR4_C1_D24 | AJ28 | DDR4_C1_DQS2_P | AH25 |
| DDR4_C1_D25 | AK28 | DDR4_C1_DQS3_N | AH27 |
| DDR4_C1_D26 | AJ26 | DDR4_C1_DQS3_P | AH26 |
| DDR4_C1_D27 | AK26 | DDR4_C1_DQS4_N | AW30 |
| DDR4_C1_D28 | AN26 | DDR4_C1_DQS4_P | AV30 |
| DDR4_C1_D29 | AN27 | DDR4_C1_DQS5_N | AV33 |
| DDR4_C1_D30 | AK27 | DDR4_C1_DQS5_P | AV32 |
| DDR4_C1_D31 | AL27 | DDR4_C1_DQS6_N | AP35 |
| DDR4_C1_D32 | AT30 | DDR4_C1_DQS6_P | AP34 |
| DDR4_C1_D33 | AU30 | DDR4_C1_DQS7_N | AV38 |
| DDR4_C1_D34 | AW28 | DDR4_C1_DQS7_P | AU38 |
| DDR4_C1_D35 | AW29 | DDR4_C1_DQS8_N | AN31 |
| DDR4_C1_D36 | AT29 | DDR4_C1_DQS8_P | AN30 |
| DDR4_C1_D37 | AU29 | DDR4_C1_DQS9_N | AL31 |
| DDR4_C1_D38 | AV31 | DDR4_C1_DQS9_P | AK31 |
| DDR4_C1_D39 | AW31 | DDR4_C1_ODT | AJ31 |
| DDR4_C1_D40 | AW34 | DDR4_C1_PAR | AN28 |
| DDR4_C1_D41 | AW35 | DDR4_C1_A16_NRAS | AL35 |
| DDR4_C1_D42 | AT35 | DDR4_C1_NRST | AV28 |
| DDR4_C1_D43 | AT36 | DDR4_C1_A14_NWE | AM35 |
| DDR4_C1_D44 | AU32 | DDR4_C1_A0 | AK36 |
| DDR4_C1_D45 | AU33 | DDR4_C1_A1 | AK39 |
| DDR4_C1_D46 | AU34 | DDR4_C1_A2 | AJ39 |
| DDR4_C1_D47 | AU35 | DDR4_C1_A3 | AL37 |
| DDR4_C1_D48 | AR32 | DDR4_C1_A4 | AL36 |
| DDR4_C1_D49 | AT32 | DDR4_C1_A5 | AK38 |
| DDR4_C1_D50 | AR31 | DDR4_C1_A6 | AK37 |
| DDR4_C1_D51 | AT31 | DDR4_C1_A7 | AN38 |
| DDR4_C1_D52 | AP33 | DDR4_C1_A8 | AM38 |
| DDR4_C1_D53 | AR33 | DDR4_C1_A9 | AM39 |
| DDR4_C1_D54 | AP36 | DDR4_C1_A10 | AL39 |
| DDR4_C1_D55 | AR36 | DDR4_C1_A11 | AN37 |
| DDR4_C1_D56 | AU37 | DDR4_C1_A12 | AM37 |
| DDR4_C1_D57 | AV37 | DDR4_C1_A13 | AH34 |
| DDR4_C1_D58 | AR38 | DDR4_C1_NACT | AM34 |
| DDR4_C1_D59 | AR39 | DDR4_C1_NALERT | AW24 |
| DDR4_C1_D60 | AP38 | DDR4_C1_BA0 | AH33 |
| DDR4_C1_D61 | AP39 | DDR4_C1_BA1 | AK35 |
| DDR4_C1_D62 | AT39 | DDR4_C1_BG0 | AJ34 |
| DDR4_C1_D63 | AU39 | DDR4_C1_A15_NCAS | AJ33 |
| DDR4_C1_D64 | AL30 | DDR4_C1_CKE | AK29 |
| DDR4_C1_D65 | AM30 | DDR4_C1_CKN | AN36 |
| DDR4_C1_D66 | AP28 | DDR4_C1_CKP | AN35 |
| DDR4_C1_D67 | AP29 | 200M_CLK1_N | AK34 |
| DDR4_C1_D68 | AL29 | 200M_CLK1_P | AK33 |
| DDR4_C1_D69 | AM29 | DDR4_C1_NCS | AL34 |
| DDR4_C1_D70 | AN32 |
○JTAG
XME0837 的 JTAG 信号链路连接到扩展连接器。
| 信号 | JM1 引脚号 | 说明 |
|---|---|---|
| FPGA_TCK | A4 | 输入（1.8V） |
| FPGA_TDI | A3 | 输入（1.8V） |
| FPGA_TDO | A2 | 输出（1.8V） |
| FPGA_TMS | A1 | 输出（1.8V） |
○启动配置
XME0837启动模式为MASTER SPI。
XME0837的启动方式配置原理图如下图所示:
○Quad-SPI 闪存
板载 2片128MB QSPI Flash用于存储初始 FPGA 配置和用户应用程序及数据。
| 位置 | 型号 | 容量 | 厂商 |
|---|---|---|---|
| U2 | MT25QU01GBBB8E12-0SIT | 256MB | Winbond |
| U3 | MT25QU01GBBB8E12-0SIT | 256MB | Winbond |
QSPI与FPGA管脚连接分配表
| Signal Name | FPGA Pin | Pin Name |
|---|---|---|
| QSPI_CLK | AD23 | CCLK_0 |
| QSPI0_CS_B | AG22 | RDWR_FCS_B_0 |
| QSPI0_DQ0 | AD25 | D00_MOSI_0 |
| QSPI0_DQ1 | AD26 | D01_DIN_0 |
| QSPI0_DQ2 | AE22 | D02_0 |
| QSPI0_DQ3 | AE23 | D03_0 |
| QSPI1_CS_B | AV11 | IO_L2N_T0L_N3_FWE_FCS2_B_65 |
| QSPI1_DQ0 | AM12 | IO_L22P_T3U_N6_DBC_AD0P_D04_65 |
| QSPI1_DQ1 | AN12 | IO_L22N_T3U_N7_DBC_AD0N_D05_65 |
| QSPI1_DQ2 | AR13 | IO_L21P_T3L_N4_AD8P_D06_65 |
| QSPI1_DQ3 | AR12 | IO_L21N_T3L_N5_AD8N_D07_65 |
○时钟
XME0837核心板分别提供了1路100MHz单端时钟和3路200MHz差分时钟。
XME0837核心板上提供了1路100MHz单端时钟，时钟的输入连接到芯片的BANK65的BANK65的AM14管脚上。
时钟输入分配如下表所示：
| 信号名 | FPGA Pin Name | Pin Num |
|---|---|---|
| EMCCLK | IO_L24P_T3U_N10_EMCCLK_65 | AM14 |
XME0837核心板上提供了3路200MHz差分时钟，用于为FPGA逻辑以及DDR4控制器提供参考时钟。三路时钟分别连接在BANK65、68、71的全局时钟上。
200MHz时钟输入分配如下表所示：
| 信号名 | FPGA Pin Num. | 描述 |
|---|---|---|
| 200M_CLK0_P | AL15 | 差分信号正极 |
| 200M_CLK0_N | AL14 | 差分信号负极 |
| 200M_CLK1_P | AK33 | 差分信号正极 |
| 200M_CLK1_N | AK34 | 差分信号负极 |
| 200M_CLK2_P | F19 | 差分信号正极 |
| 200M_CLK2_N | F18 | 差分信号负极 |
○电源
支持宽电源输入(5V~15V)，推荐设计使用电源输入+12V。
○LED
XME0837核心板上有两个LED灯。其中一个是电源指示灯，为红色。另一个为配置LED灯，为绿色。核心板上电时D1、D2会亮起，当板卡配置完成后D2会熄灭。
○扩展端口
XME0837使用了四个高速连接器来引出FPGA的信号。
4 x ADF6-60-03.5-L-4-2-FR，168Pin，0.64mm间距
| 核心板连接器型号 | 底板连接器型号 | 厂商 | 合高 |
|---|---|---|---|
| ADF6-60-03.5-L-4-2-FR | ADM6-60-01.5-L-4-2-A-FR | SAMTEC | 5mm |
FPGA Bank，IO数量与B2B连接器的关系表
| FPGA Bank | B2B Connector | IO数量 | 电压 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| Bank64 | JM1 | 48 | 可调 | 48个单端,可配成24对差分 |
| Bank132 | JM1 | 18 | - | 1对CLK, 4对TX和RX |
| Bank131 | JM1 | 18 | - | 1对CLK, 4对TX和RX |
| Bank130 | JM1 | 18 | - | 1对CLK,4对TX和RX |
| Bank129 | JM1 | 18 | - | 1对CLK,4对TX和RX |
| Bank128 | JM1 | 18 | - | 1对CLK,4对TX和RX |
| Bank127 | JM1 | 18 | - | 1对CLK,4对TX和RX |
| Bank65 | JM2 | 36 | 1.8V | 36个单端,可配成18对差分 |
| Bank231 | JM2 | 18 | - | 1对CLK,4对TX和RX |
| Bank230 | JM2 | 18 | - | 1对CLK,4对TX和RX |
| Bank229 | JM2 | 18 | - | 1对CLK,4对TX和RX |
| Bank90 | JM3 | 24 | 可调 | 24个单端,可配成12对差分 |
| Bank91 | JM3 | 24 | 可调 | 24个单端,可配成12对差分 |
| Bank228 | JM3 | 18 | - | 1对CLK,4对TX和RX |
| Bank227 | JM3 | 18 | - | 1对CLK,4对TX和RX |
| Bank226 | JM3 | 18 | - | 1对CLK,4对TX和RX |
| Bank225 | JM3 | 18 | - | 1对CLK,4对TX和RX |
| Bank224 | JM3 | 18 | - | 1对CLK,4对TX和RX |
| Bank69 | JM4 | 48 | 可调 | 48个单端,可配成24对差分 |
| Bank70 | JM4 | 48 | 可调 | 48个单端,可配成24对差分 |
| Bank71 | JM4 | 46 | 可调 | 46个单端,可配成23对差分 |
| Bank93 | JM4 | 24 | 可调 | 24个单端,可配成12对差分 |
| Bank94 | JM4 | 24 | 可调 | 24个单端,可配成12对差分 |
说明：
Bank64 IO电平取决于JM1 A50电压输入，输入范围1.0-1.8V
Bank65 IO, JTAG(JM1 A1-A4)电平为1.8V
Bank90、91 IO电平取决于JM3 A10电压输入，输入范围1.2-3.3V
Bank69电平取决于JM4 A10电压输入，输入范围1.0-1.8V
Bank70电平取决于JM4 A20电压输入，输入范围1.0-1.8V
Bank71电平取决于JM4 A40电压输入，输入范围1.0-1.8V
Bank93、94电平取决于JM4 A50电压输入，输入范围1.2-3.3V
XME0837的管脚详细定义请查看《XME0837_Pinout Table》文档