FPGA夾層卡（FMC）標準由包括FPGA廠商和終用戶在內(nèi)的公司聯(lián)盟開發(fā)，屬于ANSI標準，旨在為基礎(chǔ)板（載卡）上的FPGA提供標準的夾層卡尺寸、連接器和模塊接口。I/O接口與FPGA分離，不僅簡化了I/O接口模塊設(shè)計，同時還能化載卡的重復(fù)使用率。

FPGA 能夠靈活適應(yīng) I/O 要求變化。FPGA 經(jīng)重配置（除了替換物理 I/O 組件和連接器外基本無需其它更改）后，便可部署新的協(xié)議。如果 I/O 不是實施在夾層模塊上的話，那么這就意味著需要修改板的設(shè)計。為了避免設(shè)計更改造成成本和工作量的增加，設(shè)計人員以前一直采用 PCI 夾層卡 （PMC） 和交換夾層卡 （XMC） 標準。不過，上述標準是十多年前針對單板計算機 （SBC） 等通用解決方案而并非 FPGA 開發(fā)的。2008 年 7 月，情況發(fā)生了變化，美國國家標準學(xué)會 （ANSI） 批準發(fā)布了 VITA 57 FPGA 夾層卡 （FMC） 標準。

FMC的主要優(yōu)點：數(shù)據(jù)吞吐量：支持高達10Gb/s的信號傳輸速率，夾層卡和載卡之間潛在總帶寬達40Gb/s.時延：消除了協(xié)議開銷，避免了時延問題，確保確定性數(shù)據(jù)交付。簡化設(shè)計：無需了解PCI、PCIExpress?或SerialRapidIO等協(xié)議標準的技術(shù)。系統(tǒng)開銷：通過簡化系統(tǒng)設(shè)計降低了功耗，縮短了工程設(shè)計時間，并縮減了IP核及材料成本。設(shè)計重復(fù)使用：不管是采用定制的內(nèi)部板設(shè)計還是商用成品（COTS）夾層卡或載卡，F(xiàn)MC標準有助于將現(xiàn)有的FPGA/載卡設(shè)計重新用到新的I/O上，而這只需更換FMC模塊并對FPGA設(shè)計略作調(diào)整即可。

　　FMC 標準的亮點

FMC標準定義了單寬度（69毫米x76.5毫米）和雙寬度（139毫米x76.5毫米）兩種尺寸。單寬度模塊支持到載卡的單個連接器。雙寬度模塊主要面向需要更高帶寬、更大前面板空間或較大PCB面積的應(yīng)用，支持多達兩個連接器。FMC標準提供兩種尺寸，能夠更加靈活地根據(jù)空間、I/O要求或者這兩者的要求對板進行精心優(yōu)化。

選定尺寸之后，板設(shè)計人員就要在兩種不同連接器間做出選擇，以用作FMC標準到載卡上FPGA的接口：一種是具有160個引腳的低引腳數(shù)（LPC）連接器，另一種則是具有400個引腳的高引腳數(shù)（HPC）連接器。這兩種連接器均支持高達2Gb/s的單端和差分信號傳輸速率，且到FPGA串行連接器的信號傳輸速率高達10Gb/s.

除了68個用戶定義的單端信號或者34個用戶定義的差分對外，LPC連接器還提供了1個串行收發(fā)器對、時鐘、JTAG接口和1個作為基礎(chǔ)智能平臺管理接口（IPMI）命令可選支持的I2C接口。而HPC連接器則提供了160個用戶定義的單端信號（或者80個用戶定義的差分對）、10個串行收發(fā)器對以及更多時鐘。

連接器是我們電子工程技術(shù)人員經(jīng)常接觸的一種部件。它的作用非常單純：在電路內(nèi)被阻斷處或孤立不通的電路之間，架起溝通的橋梁，從而使電流流通，使電路實現(xiàn)預(yù)定的功能。連接器是電子設(shè)備中不可缺少的部件，順著電流流通的通路觀察，你總會發(fā)現(xiàn)有一個或多個連接器。連接器形式和結(jié)構(gòu)是千變?nèi)f化的，隨著應(yīng)用對象、頻率、功率、應(yīng)用環(huán)境等不同，有各種不同形式的連接器。例如，球場上點燈用的連接器和硬盤驅(qū)動器的連接器，以及點燃火箭的連接器是大不相同的。但是無論什么樣的連接器，都要保證電流順暢連續(xù)和可靠地流通。就泛指而言，連接器所接通的不僅僅限于電流，在光電子技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，光纖系統(tǒng)中，傳遞信號的載體是光，玻璃和塑料代替了普通電路中的導(dǎo)線，但是光信號通路中也使用連接器，它們的作用與電路連接器相同。

HPC和LPC連接器都使用相同的機械式連接器，的差別在于實際上移植哪些信號，因此采用LPC連接器的卡也能插入HPC處，而且只要適當(dāng)設(shè)計，HPC卡在插入LPC處時還能提供諸多派生功能。

賽靈思的一個實例板，該板采用了 Virtex'-6 FPGA和兩種 FMC連接器（一個 LPC 和一個 HPC）。　　

FMC 標準支持眾多現(xiàn)有的業(yè)界標準載卡尺寸，包括 VME、CompactPCI、VXS、VPX、VPX-REDI、CompactPCI Express、AdvancedTCA 以及 AMC 等。FMC標準還定義了一系列環(huán)境配置，包括低成本商用級尺寸乃至強化的傳導(dǎo)式散熱選項。

　　FMC的市場機會

將FMC標準和FPGA的多樣性結(jié)合在一起，可帶來一系列有趣的市場和應(yīng)用商機。航空與國防、醫(yī)療、工業(yè)、電信、視頻及其它等市場通常高度依靠FPGA來實現(xiàn)其數(shù)字信號處理（DSP）性價比優(yōu)勢，并滿足各種不同的I/O要求。不過，過去每個市場及給定市場中的每個應(yīng)用都需要不同的板設(shè)計。

FMC標準的出現(xiàn)將板設(shè)計進行了模塊化，分為處理引擎（載卡）和I/O引擎（FMC模塊）兩大部分。設(shè)計人員現(xiàn)在能重復(fù)利用單個載卡（包括一個或多個FPGA以及適當(dāng)數(shù)量和類型的FMC連接器和板）作為多種不同市場和應(yīng)用的基礎(chǔ)。此外，借助性能更高、功能更強的新型FPGA產(chǎn)品，設(shè)計人員能在確保與現(xiàn)有FMC模塊全面兼容的同時輕松升級到新載卡。

粗略看看上述部分市場的尺寸、I/O及處理要求，我們能看出問題的所在。舉例來說，廣播視頻應(yīng)用通常需要接入4個或更多SDI連接器、10Gb以太網(wǎng)及其它收發(fā)器連接器；就無線基站應(yīng)用而言，基帶處理通常采用處理速度達3.125"10Gb/s、尺寸為ATCA/AMC的板，這就需要將FPGA和傳統(tǒng)DSP進行組合，并在無線電前端上采用高速I/O（100"500MHz、12"16位分辨率）；航空與國防市場傾向于采用VME和cPCI尺寸的板，但處理要求大不相同。舉例來說，雷達處理的采樣率類似于無線電應(yīng)用，但通常分辨率更高。而軍事衛(wèi)星基站應(yīng)用通常使用更高的采樣率，但分辨率較低（8"14位）。

顯然，單就我們所說的少數(shù)一些應(yīng)用而言，處理和I/O要求就已經(jīng)千差萬別了，因此我們可以想象，采用FPGA的各種不同應(yīng)用會有多大不同的需求。盡管我們比較清楚地了解了這些應(yīng)用的不同處理要求，且得到了成熟板行業(yè)提供的豐富的硬件解決方案的支持，但此前工程師們不得不花費大量寶貴的設(shè)計時間來創(chuàng)建定制硬件或處理復(fù)雜（經(jīng)常也是不必要的）總線協(xié)議問題。

FMC標準將FPGA與I/O引擎相分離，從而解決了上述問題。它使設(shè)計人員能從專門支持其終端應(yīng)用的大量COTS產(chǎn)品中選擇適當(dāng)尺寸的適當(dāng)處理引擎和適當(dāng)?shù)腎/O引擎。此外，F(xiàn)MC標準還使廠商能為評估和開發(fā)創(chuàng)建統(tǒng)一的系統(tǒng)，隨后還能量產(chǎn)部署，從而大幅降低成本，并顯著縮短了產(chǎn)品上市時間。

COTS即Commercial-off-the-shelf翻譯為"商用現(xiàn)成品或技術(shù)",指可以采購到的具有開放式標準定義的接口的軟件或硬件產(chǎn)品。COTS（商務(wù)現(xiàn)貨供應(yīng)）產(chǎn)品是指使用"不再做修理或改進"的模式出售的商務(wù)產(chǎn)品，這種產(chǎn)品設(shè)計的原則就是安裝簡便，并且可以在現(xiàn)有系統(tǒng)部件的條件下運行。平均水平的電腦用戶所要買的軟件幾乎都可以是COTS類別的產(chǎn)品：操作系統(tǒng)、Office產(chǎn)品組合、字處理以及電子郵件程序就是其中的幾個例子。COTS軟件的優(yōu)點就是它的大量生產(chǎn)以及相對的低成本。

　　總結(jié)

FMC標準是FPGA開發(fā)人員設(shè)計開發(fā)選擇中的一大轉(zhuǎn)變。從事微處理器和傳統(tǒng)DSP設(shè)計工作的設(shè)計人員幾十年來一直受益于可擴展開發(fā)解決方案的靈活性優(yōu)勢，而現(xiàn)在，F(xiàn)MC標準則為FPGA領(lǐng)域的開發(fā)人員帶來了模塊化設(shè)計的強大實力。

COTS板廠商通過重復(fù)使用硬件設(shè)計，可加速并簡化產(chǎn)品設(shè)計工作，進而大幅降低產(chǎn)品開銷。這種高效性不僅有助于我們?yōu)楦鄳?yīng)用推出更好的產(chǎn)品，使客戶專注于實現(xiàn)其產(chǎn)品獨特的差異化，而且還能加速解決方案的市場部署。