Xilinx 10XL-4

Отличный вопрос! Xilinx 10XL-4 — это представитель одного из самых знаменитых и долгоживущих семейств программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) — Xilinx XC4000.

Это семейство было флагманским в 1990-х годах и заложило многие стандарты, которые используются до сих пор. Давайте разберем все по порядку.

Общее описание Xilinx XC4000 Family (включая 10XL-4)

XC4000 — это семейство ПЛИС с архитектурой на основе матрицы программируемых логических блоков (Configurable Logic Blocks — CLBs), окруженной программируемыми соединениями (Routing Channels) и периферийными блоками ввода-вывода (IOBs). Это была высокопроизводительная архитектура для своего времени, поддерживающая как комбинационную, так и последовательностную логику.

Ключевые особенности архитектуры:

• Гибкая логика: Каждый CLB мог быть сконфигурирован для реализации широкого спектра функций.
• Встроенная память: CLB могли быть использованы как распределенная RAM или ROM (это была инновация для того времени).
• Высокоскоростной ввод-вывод: Поддержка различных стандартов сигналов.
• Программирование на основе SRAM: Конфигурация загружалась из внешней памяти (PROM) при каждом включении питания. Это стандарт, который Xilinx использует до сих пор.

Модель 10XL-4 является частью подсемейства "XL", которое было оптимизировано для высокой производительности (низких временных задержек) и низкого энергопотребления по сравнению с базовой серией XC4000.

Технические характеристики Xilinx XC4010XL-4

В обозначении модели:

• XC — Xilinx CMOS.
• 4010 — Примерное количество эквивалентных вентилей (логических элементов). 4010 ≈ 10,000 вентилей.
• XL — Высокоскоростная/низковольтная версия (оптимизированная).
• -4 — Скоростной сорт. -4 означает самую быструю версию в этом семействе (минимальная задержка логики).

Основные параметры:

| Параметр | Значение / Описание | | :--- | :--- | | Эквивалентные вентили | ~10,000 | | Логические блоки (CLBs) | ~400 (точное количество зависит от конкретной модификации 4010) | | Входы/Выходы (IOBs) | Максимально до 160 (зависит от корпуса) | | Архитектура | Матрица CLB (основанная на SRAM) | | Напряжение питания ядра (Vccint) | 3.3В (Это ключевое отличие "XL" от базовой серии 4000 с 5В) | | Напряжение ввода-вывода (Vccio) | 3.3В или 5В (совместимость с 5В TTL при 3.3В питании ядра) | | Быстродействие (скоростной сорт -4) | Внутренняя тактовая частота: до ~80-100 МГц (типично для критических путей).
Задержка логического блока (Tlogic): ~4.5 нс
Задержка тактового сигнала (Tcko): ~4.5 нс | | Встроенная память (распределенная) | Каждый CLB может быть сконфигурирован как 16x2 или 32x1 бит RAM/ROM. | | Техпроцесс | ~0.35 - 0.5 мкм (по меркам 1990-х) | | Температурный диапазон | C (Commercial: 0°C to +85°C), I (Industrial: -40°C to +100°C) | | Конфигурация | SRAM, требуется внешний PROM (например, XC17xx). |

Парт-номера (Part Numbers) и Совместимые модели

Парт-номер формируется по схеме: XC4010XL-4PQ160C

• XC4010XL — Базовая модель.
• -4 — Скоростной сорт.
• PQ160 — Тип корпуса и количество выводов. PQ = Plastic Quad Flat Pack (QFP). 160 = 160 выводов.
• C — Температурный диапазон: C = Commercial, I = Industrial.

Основные варианты корпусов для XC4010XL:

• HQ/PQ208 — 208 выводов (больше линий I/O).
• PQ160 — 160 выводов (наиболее распространенный).
• PQ100 — 100 выводов.
• PC84 — 84 вывода (Plastic Chip Carrier).

Совместимые и альтернативные модели:

1. Внутри семейства XC4000XL:

   • Меньшая емкость: XC4003XL, XC4005XL, XC4006XL.
   • Большая емкость: XC4013XL (~13K gates), XC4020XL (~20K gates), XC4028XL, XC4036XL, XC4044XL, XC4052XL, XC4062XL.
   • Более медленные сорта: XC4010XL-5 (медленнее), XC4010XL-6 (еще медленнее). Сорт "-4" — самый быстрый.

2. Совместимые по выводам (Pin-to-Pin):

   • Прямые аналоги: Модели с таким же корпусом (например, XC4013XL-4PQ160) часто имеют полную совместимость по выводам (pinout) с XC4010XL-4PQ160. Это позволяло легко проводить апгрейд или даунгрейд в рамках одной платы. Необходимо проверять datasheet на конкретные серии!
   • Конкуренты того времени: ПЛИС семейств Altera FLEX 8000 (например, EPF8282) или Actel ACT 2/3, но они не были совместимы по выводам или конфигурации. Требовалась переразводка платы.

3. Последующие поколения (Миграция):

   • Xilinx Spartan-XL (Spartan, Spartan-XL): Более дешевое, упрощенное семейство-преемник, унаследовавшее архитектуру и инструменты от XC4000. Например, XC-S05XL мог быть вариантом миграции.
   • Xilinx Spartan-II / Spartan-3: Уже более современная архитектура, миграция требовала полного перепроектирования.
   • Для современных проектов: Аналогом по емкости (но не по архитектуре или выводам!) среди современных ПЛИС могут быть младшие модели Xilinx Spartan-7 (например, XC7S6) или Artix-7 (например, XC7A15T), которые на порядки производительнее и обладают встроенными блоками DSP, PLL, высокоскоростными трансиверами и т.д.

Важное примечание

XC4000 — это устаревшее (Obsolete) семейство. Оно снято с производства уже много лет. Поиск новых чипов возможен только на вторичном рынке (например, у поставщиков остаточных компонентов). Для новых разработок необходимо выбирать современные семейства Xilinx (AMD) — Spartan-7, Artix-7, Kintex-7 или Ultrascale+.

Инструменты разработки: Последней средой разработки, поддерживавшей XC4000, была ISE WebPACK. Современный Vivado это семейство не поддерживает.