小柴冲刺软考中级嵌入式系统设计师系列二、嵌入式系统硬件基础知识（7）嵌入式Soc

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嵌入式片上系统(System on chip，SoC)是集成计算机或其他电子系统的所有组件的集成电路。

组件包括中央处理单元(CPU)、存储器、输入/输出端口和二级存储器，全部在一个基板上。功能上可能包含数字信号、模拟信号、混合信号和射频信号处理功能，具体取决于应用。

由于集成在单个电子基板上，与具有相同功能的多芯片设计相比，SoC功耗更低且占用面积更小，在移动计算和边缘计算市场中非常普遍，被广泛用于嵌入式系统和物联网。

2010 年前，Xilinx 提供3 个系列的 FPGA: 高性能 Virtex 系列、高容量 Spartan 系列、更便宜的 EasyPath 系列。2010 年后，Xilinx 推出了 28nm 的 FPGA，用 Kintex 系列和低成本的 Artix 系列逐渐取代了大批量的 Spartan 系列。

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一、Virtex 系列

Virtex 是 Xilinx 开发的旗舰 FPGA 产品系列。Virtex FPGA 通常使用 Xilinx ISE 或Vivado Design Suite 计算机软件以硬件描述语言(如 VHDL 或 Verilog)编程。

Virtex-4

Virtex-4 系列于 2004 年6月推出，采用 90nm 工艺技术。Virtex-4 FPGA 已用于法国和瑞士边境欧洲核子研究中心欧洲实验室的 ALICE(大型离子对撞机实验),用于绘制和解开数千个亚原子粒子的轨迹。 Virtex-4 系列被认为是传统设备,不建议用于新的设计,但仍在为已有设计继续生产

Virtex-5

Virtex-5 系列是在 2006 年5月推出，采用 65nm 工艺技术。通过 Virtex-5，Xilinx 将逻辑结构从四输入 LUT 改为六输入 LUT。随着 SoC 设计所需的组合逻辑功能越来越复杂，需要多个四输入 LUT的组合路径的百分比已成为性能和路由瓶颈。新的六输入 LUT代表了在处理日益复杂的组合功能之间更好的权衡,代价是每个器件的LUT绝对数量减少。

Virtex-6

Virtex-6 系列是在 2009年2月推出，采用 40nm 工艺技术，用于进行大量计算的申子系统中。相比于其他公司的比 40nm FPGA，功耗减少 15%，性能提升 15%。

Virtex-7

Virtex-7 系列是在 2010年6月推出，采用 28nm 工艺技术，并且比上一代的 Virtex-6系列功耗降低 50%，系统性能提升了2倍。此外，与上一代 Virtex FPGAs 相比，Virtex-7的存储器带宽增加了一倍，存储器接口性能为 1866 Mb/s，拥有超过 200 万个逻辑单元。

Virtex-7(3D)

2011 年，Xilinx 开始提供 Virtex-7 2000T FPGA 样品，它将四个较小的 FPGA 组合封装到一起，放置在一个特殊的硅互连焊盘(称为插入器)上，在一个大芯片中提供 68 亿个品体管。插入器在各个 FPGA 之间提供 10000 个数据通路--大约是一块板上通常可用的 10~100 倍,以创建单个 FPGA。2012 年,Xilinx 采用相同的 3D 技术,推出了 Virtex-7H580T FPGA，这是一种异构器件，因为它在同一封装中包含两个 FPGA 芯片和一个 8通道 28Gb/s 收发器芯片。
随着 Xilinx 推出新的高容量 3D FPGA,包括 Virtex-7 2000T 和 Virtex-7 H580T 产品这些器件开始超越 Xilinx 设计软件的能力，需要完全重新设计工具集。其结果是推出了Vivado 设计套件，与以前的软件相比，它减少了可编程逻辑和 IO 设计所需的时间，并加快了系统集成和实现速度。

Virtex UltraScale