Xilinx XC2S50 — FPGA семейства Spartan-II

Общее описание

XC2S50 — это программируемая логическая интегральная схема (FPGA) из семейства Spartan-II, выпущенная компанией Xilinx (ныне часть AMD). Семейство Spartan-II было представлено в 1998 году как недорогое решение среднего класса, выполненное по 0,22 мкм КМОП-технологии с напряжением ядра 2,5 В. Это одна из самых массовых FPGA своего времени, широко применявшаяся в бытовой электронике, промышленной автоматике, телекоммуникациях и учебных проектах.

XC2S50 занимает младшую-среднюю позицию в линейке Spartan-II (XC2S15, XC2S30, XC2S50, XC2S100, XC2S150, XC2S200).

Технические характеристики

| Параметр | Значение | |---|---| | Семейство | Spartan-II | | Логические ячейки (Logic Cells) | 1 728 | | System Gates | ~50 000 | | Configurable Logic Blocks (CLB) | 384 CLB (в массиве 16×24) | | Логических элементы (LC) в CLB | 4 (итого 1 536 LC) | | Slice'ов | — | | Триггеры/регистры | 1 536 | | Блочная RAM (Block RAM) | 8 блоков × 4 Кбит = 32 Кбит | | Распределённая RAM (Distributed RAM) | 24 576 бит | | Эквивалентных вентилей | 50 000 | | Умножители (Multipliers) | нет (реализуются в логике) | | Цифровые часы DLL | 2 блока DLL | | Глобальные тактовые линии | 4 первичных + 4 вторичных | | Максимум I/O | до 176 (зависит от корпуса) | | Напряжение ядра (VCCINT) | 2,5 В ± 5% | | Напряжение I/O (VCCIO) | 3,3 В / 2,5 В / 1,8 В / 1,5 В | | Поддерживаемые I/O стандарты | LVTTL, LVCMOS, LVCMOS2, PCI, GTL, GTL+, HSTL, SSTL | | Техпроцесс | 0,22 мкм CMOS | | Bsсane (JTAG) | Boundary Scan IEEE 1149.1 | | Скоростные грейды | -5, -6 |

Доступные корпуса

• PQ208 — пластиковый QFP, 208 выводов
• FG256 — FineLine BGA, 256 шариков
• TQ144 — тонкий QFP, 144 вывода
• FT256 — Flip-Chip BGA, 256 шариков

Парт-номера (Part Numbers)

Формат маркировки: XC2S50-[скорость]-[температурный диапазон][корпус]

Основные парт-номера:

| Парт-номер | Корпус | Скорость | Темп. диапазон | |---|---|---|---| | XC2S50-5TQ144C | TQ144 | -5 | Commercial (0…+85 °C) | | XC2S50-5TQ144I | TQ144 | -5 | Industrial (-40…+100 °C) | | XC2S50-5PQ208C | PQ208 | -5 | Commercial | | XC2S50-5PQ208I | PQ208 | -5 | Industrial | | XC2S50-5FG256C | FG256 | -5 | Commercial | | XC2S50-5FG256I | FG256 | -5 | Industrial | | XC2S50-6TQ144C | TQ144 | -6 | Commercial | | XC2S50-6PQ208C | PQ208 | -6 | Commercial | | XC2S50-6FG256C | FG256 | -6 | Commercial | | XC2S50-6FG256I | FG256 | -6 | Industrial | | XC2S50-5FT256C | FT256 | -5 | Commercial | | XC2S50-6FT256I | FT256 | -6 | Industrial |

Примечание: скорость (-6) — быстрее, чем (-5). Существует также industrial версии с суффиксом I, commercial — C.

Совместимые модели (взаимозаменяемость)

Внутри семейства Spartan-II

Пакеты некоторых FPGA Spartan-II pin-to-pin совместимы между собой (можно перейти на устройство с большим объёмом логики без изменения печатной платы):

| Модель | Совместимость по пакету | |---|---| | XC2S15 | TQ144, PQ208, FG256, FT256 | | XC2S30 | TQ144, PQ208, FG256, FT256 | | XC2S50 | TQ144, PQ208, FG256, FT256 | | XC2S100 | вследую за XC2S50 (некоторые пакеты совместимы по выводам) | | XC2S150 | FG256, PQ208 (pin-compatible частично) | | XC2S200 | FG256, PQ208 |

Важно: внутри одной группы (TQ144: XC2S15/30/50; PQ208 и FG256: XC2S15–XC2S200) выводы питания, земли, конфигурации и большинство I/O физически совпадают. Логический массив scaling-зависимый.

Совместимость с Spartan-IIE

Некоторые устройства Spartan-IIE (XC2S50E, XC2S100E и т.д.) используют pin-совместимые решения и рассматривались как successor'ы, но требуют иного напряжения ядра (1,8 В) и другого bitstream'а — прямая замена без перепроектирования невозможна.

Аналоги от конкурентов

Прямых аналогов по архитектуре нет. По классу «FPGA ~50K системных вентилей, 2.5 В» можно сравнить с:

• Altera Cyclone (EP1C3 / EP1C6) — первое поколение, другое семейство и среда разработки
• Lattice ORCA OR2C/OR2T серии (устаревшие)
• Atmel AT40K (логически другие)

Программная поддержка

• До недавнего времени: ISE Design Suite (версии 10.x — 14.7, Spartan-II поддерживался до ISE 14.7 включительно под Windows/Linux)
• Сейчас: официальная поддержка прекращена (Spartan-II в списке End-of-Life). В WebPACK ISE 14.7 поддержка Spartan-II присутствует ограниченно. Альтернативы: для очень старых проектов — ISE 6–9.
• Языки описания: Verilog, VHDL, схематический ввод
• Настройка: JTAG-кабель (Platform Cable USB), PROM серий XC17S/XC18V

Применение

• Учебные и студенческие проекты по цифровой логике
• Промышленные контроллеры и интерфейсные мосты (PCI, UART, LVDS)
• Видео/аудио обработка начального уровня
• Средние телекоммуникационные устройства
• Замена мелкой и средней логики ASIC

⚠️ Примечание: Spartan-II давно снят с производства (End-of-Life, около 2008–2010). Рекомендуется не проектировать новые схемы на XC2S50, а использовать современные серии: Spartan-6, Spartan-7, Artix-7 от AMD/Xilinx, либо Lattice iCE40, Efinix Trion, Gowin серий — при необходимости более дешёвого решения. Старые XC2S50 можно приобрести только на вторичном рынке.

Если нужно — могу подготовить перевод на английский, краткую выжимку для домашней страницы, либо схему распиновки конкретного корпуса.