Xilinx XC4010E-2PG191C — описание и характеристики

Общее описание

XC4010E-2PG191C — это FPGA (Field Programmable Gate Array) из семейства XC4000E компании Xilinx (ныне AMD). Семейство XC4000E было представлено в середине 1990-х годов и стало одним из самых популярных семейств FPGA того времени благодаря улучшенной архитектуре по сравнению с базовым XC4000.

Микросхема выполнена по КМОП-технологии, имеет статическую конфигурационную память (SRAM-based), что означает необходимость внешней загрузки конфигурации при каждом включении питания. Корпус — PG191 (PGA, 191-контактный керамический матричный корпус с сеткой выводов), что указывает на индустриальное/военное исполнение.

Расшифровка маркировки:

• XC4010E — семейство и логическая ёмкость (10 000 логических вентилей, «E» — Enhanced)
• -2 — скоростной грейд (speed grade): чем меньше число, тем выше быстродействие (в семействе XC4000E были грейды -1, -2, -3)
• PG191 — тип корпуса: 191-контактный PGA
• C — температурный диапазон: коммерческий (0…+70 °C)

Технические характеристики (XC4010E)

| Параметр | Значение | |---|---| | Семейство | XC4000E | | Тип | SRAM-based FPGA | | Эквивалентные вентили | ~10 000 | | Число конфигурируемых логических блоков (CLB) | 400 | | Логических ячеек (Logic Cells) | 950 | | Триггеров/защёлок (Flip-Flops) | 800 | | Блоков ввода-вывода (IOB) | 112 (для PG191) | | Макс. пользовательских I/O | до 112 | | Внутренняя RAM | 12 800 бит (16×256, распределённая) | | MUX-ресурсы | Отсутствуют (введены позже в XC4000EX) | | Типовая система тактирования | до 4 глобальных тактовых линий | | Напряжение питания ядра (Vcc) | 5 В ± 5% | | Напряжение питания I/O | 5 В (совместимость TTL/CMOS до 3,3 В подтяжка) | | Скоростной грейд | -2 | | Макс. частота тактирования (внутренняя) | ~80–100 МГц (типовая для -2, зависит от логики) | | Корпус | PG191 (керамический PGA, 191 вывод) | | Рабочая температура | 0…+70 °C (коммерческий) | | Технология | 0,6 мкм КМОП (2-слойная металлизация) |

Точные значения задержек tpd, setup/hold и fmax смотрите в XC4000E/EX/XL Data Sheet (DS005), т.к. они зависят от speed grade (-1, -2, -3) и схемы.

Особенности архитектуры XC4000E

• Массив CLB с гибкими LUT (Look-Up Table) на 4 входа (можно объединять в 5- и 6-входовые функции).
• Два триггера на CLB, поддерживающие асинхронный или синхронный сброс/установку.
• Программируемая логика interconnect (SM, 2SL, и др.).
• «Wide edge decoders» — быстрые схемы декодирования.
• Глобальные тактирующие и сбросные линии.
• Возможность конфигурации через последовательный или параллельный режим (Master/Slave Serial, SelectMAP, периферийная загрузка).
• Совместимость конфигурационного потока с более старшими и младшими кристаллами семейства (XC4003E, XC4005E, XC4010E, XC4013E, XC4020E, XC4025E).

Парт-номера (Part Numbers)

Формат: XC4010E-[SpeedGrade]-[Package][TempRange]

Основные модификации XC4010E

| Парт-номер | Корпус | Temp | Speed | |---|---|---|---| | XC4010E-1PG191C | PG191 | 0…+70 °C | -1 | | XC4010E-2PG191C | PG191 | 0…+70 °C | -2 | | XC4010E-3PG191C | PG191 | 0…+70 °C | -3 | | XC4010E-1PG191I | PG191 | -40…+85 °C (industrial) | -1 | | XC4010E-2PG191I | PG191 | -40…+85 °C | -2 | | XC4010E-3PG191I | PG191 | -40…+85 °C | -3 | | XC4010E-2PG191M | PG191 | -55…+125 °C (military) | -2 |

Также существовали исполнения в других корпусах (QFP, BGA и т.п.):

• XC4010E-2PQ160C / -2PQ208C (пластиковый QFP, 160/208 выводов)
• XC4010E-2BG256C (BGA)
• XC4010E-2TQ144C? (не всегда выпускался для «E» — уточняйте по Data Sheet)
• XC4010E-4PQ208C? — нет, max gread в E был -3, но у XL был -4/-09 и т.п.

Часть номеров имеет суффиксы, связанные с qual/military (XQ, XA, MX) — для «E» в основном встречались индустриальные и military PG-исполнения.

Совместимость с ревизиями / семействами

• XC4000-4010 (базовое семейство XC4000) — программно и по логике схема совместима, но отличается архитектура.
• XC4010L — low-power версия с питанием 3,3 В.
• XC4010XL — эквивалент с питанием 3,3 В, более высокий speed grade.

Совместимые модели / аналоги

Модели с той же логической ёмкостью, но можно рассматривать как «родственные»/близкие:

| Модель | Отличие | |---|---| | XC4010-2PG191C | Базовое семейство XC4000 (без «E») | | XC4010E | То же, варианты корпусов и speed grade | | XC4010L | Low-power версия | | XC4010XL | 3,3 В / XL-серия, возможен пин-совместимый перенос | | XC4010D? | Ранняя версия, ограниченный выпуск | | XC4013E | PIN-совместимость по части корпусов ограничена; неполный аналог по ресурсам (400->CMOS) | | XC4005E | Меньшая ёмкость, возможна конфигурационная совместимость потока | | XC4020E | Большая ёмкость, конфигурационно совместимые модули | | XC3190A / XC3090A (XC3000) | Предыдущее поколение, не пин-совместимо | | XC5200 / Spartan серии (Spartan, Spartan-XL) | Более поздние аналоги/семейства |

Программная совместимость конфигурации

Конфигурационные битстримы этой модели совместимы по структуре с другими устройствами XC4000E/EX, но расположение бит зависит от устройства: битстрим для XC4010E не подходит к XC4013E без пересборки (хотя возможно каскадирование нескольких кристаллов для увеличения логики через последовательную загрузку).

Важные замечания

1. Изделие устаревшее (EOL) — производства Xilinx прекращено. Снято с производства примерно в начале 2000-х; современных аналогов один-в-один от Xilinx нет.
2. Рекомендуемые замены при редизайне — Spartan-3/6, Artix-7 и т.п., однако они не совместимы по схемотехнике и корпусу — потребуется перепроектирование PCB.
3. Для программирования исторически использовались программаторы XChecker, Parallel Cable III/IV и ПО XACT / ISE (классические версии до 6.x могли поддерживать XC4000 вплоть до 10.1).
4. При работе с SRAM-FPGA обязательно внешнее ПЗУ конфигурации (Xilinx XC17xxx / XC18xxx PROM) или прошивка через MCU/CPLD.

Ссылки

• Xilinx DS005: XC4000E and XC4000X Series Field Programmable Gate Arrays — Product Specification.
• Xilinx XAPP: Configuration Guide для XC4000E.

Если нужно — могу составить таблицу задержек tpd / Tsu / fmax для speed grades -1/-2/-3 и уточнить распиновку PG191 или подобрать современный аналог по ёмкости и I/O для редизайна.