Altera Flex 10K嵌入式可编程逻辑设备系列：可编程系统集成的里程碑

作为行业的第一个嵌入式可编程逻辑设备（PLD）首页族，Altera（现为Intel可编程解决方案组的一部分），Flex 10K系列重新定义了可编程逻辑设备在系统级集成中的作用，其创新的“嵌入式数组 +逻辑数组”体系结构。自发布以来，该首页族已成为在电信，工业控制和消费电子设备等领域实施“系统启动芯片（SOPC）”的核心手段，这要归功于其高密度，高灵活性和低功耗。本文将全面分析Flex 10K首页族的技术特征，架构设计，性能参数和应用程序方案，展示其在可编程逻辑领域的里程碑意义。

I. Flex 10K系列核心功能

突破Flex 10K首页庭在于嵌入功能和通用逻辑的无缝集成，其核心特征总结如下：

嵌入式和逻辑阵列的协同体系结构

嵌入式阵列（EAB）：由嵌入式阵列块（EAB）组成，每个EAB提供2,048位专用的RAM，支持储存功能，例如RAM，ROM，DUAL-PORT RAM和FIFO。它还可以实现复杂的逻辑功能（例如4×4乘数，DSP模块）。单个EAB可以在不占据通用逻辑资源的情况下贡献100-600个逻辑。

逻辑数组：由逻辑阵列块（实验室）组成，每个实验室包含8个逻辑元素（LES）。基于4输入查找表（LUT）和可编程触发器，LES支持一般逻辑，例如计数器和加法器。高速算术操作和高粉丝逻辑是通过专用的携带链和级联连锁店实现的。

高密度和可伸缩性

典型的门计数范围从10,000到250,000（最大系统门计数为310,000），从而支持从简单控制逻辑到复杂的多群岛系统的集成。

最大RAM容量达到40,960位（20 EAB），可以灵活地配置为各种宽度，例如256×8和512×4，以满足不同的数据缓冲需求。

系统级兼容性和可靠性

多压支持：通过Multivolt™I/O接口，它支持2.5V/3.3V/5V混合电压系统。 5.0V耐受的输入引脚确保与旧系统的兼容性。

PCI合规性：支持PCI本地总线规范修订版2.2。一些型号（例如EPF10K10A）具有内置的PCI上拉夹具二极管，以满足3.3V PCI规格。

JTAG边界扫描：集成IEEE 1149.1标准JTAG电路，支持系统编程（ISP）和边界扫描测试，而无需占据逻辑资源。

低功耗和灵活配置

备用电流低至0.5mA，适用于电池供电的设备；支持电路重新配置（ICR），重新配置T小于320ms，用于实时功能更新。

支持clocklock™和clockboost™技术：通过PLL实现时钟deskw and频率乘法，减少时钟延迟并改善了系统时机性能。

ii。 Flex 10K系列体系结构

Flex 10k的体系结构设计围绕“模块化”和“可预测性”，以平衡高性能和灵活的配置：

FLEX 10K series Architecture.png

嵌入式阵列块（EAB）：复杂功能的核心载体
EAB是用于高密度存储和专用逻辑的关键模块，具有以下功能：

灵活配置：当用作RAM时，它支持从256×8到2048×1的多个宽度；可以将多个EAB级联以级别的能力（例如，两个256×8 EAB形成256×16配置）。当用作逻辑模块时，它通过LUTS实现组合逻辑，其速度比通用LE的速度更高。

同步操作：内置输入/输出寄存器支持同步读取/写入，简化计时设计并避免使用异步RAM的设置/保持T约束。

独立控制：时钟和读/写启用信号可以独立配置，从而支持不同时钟域之间的数据交互。

逻辑阵列块（实验室）和逻辑元素（LE）：通用逻辑的基础

实验室结构：每个实验室包含8个LE，本地互连和控制信号，通过FastTrack™InterConnect与其他模块通信。局部互连延迟是可以预测的（约为0.6NS）。

LE功能：每个LE都包含一个4输入LUT，一个可编程的触发器和随身携带/级联链：

携带链：提供低0.2NS快速携带路径，有效地实现加法器和计数器。
级联链：支持宽输入逻辑（例如，16位地址解码），每个阶段延迟低至0.7NS。
注册包装：LUT和触发器可独立地用于改善资源利用率。

FastTrack互连：可预测的信号传输
使用连续的行/列互连通道而不是FPGA中的分段路由，以确保可预测的信号延迟：

行互连在同一行中的实验室/EAB之间处理通信，而列互连启用了跨行信号传输。

支持专用的全球时钟/透明信号，偏斜小于1.5Ns，满足高速同步设计的需求。

I/O元素（IOE）：灵活的外部接口
每个IOE都包含双向I/O缓冲区和一个触发器，支持：

可编程的输出转换率控制（以降低噪声或提高速度）。

开放式输出和三态仿真，与多个接口标准兼容。

独立输入/输出寄存器的输入设置T低至1.6ns，输出时钟到输出延迟低至5.3ns。

iii。Flex 10K系列型号

Flex 10K首页庭包括多代（例如，弹性10K，Flex 10KA，Flex 10KE），具有不同的密度和功能。以下是最著名的模型：

1。弹性10k基础系列

模型	逻辑元素（LES）	嵌入式阵列块（EAB）	总RAM位	最大用户I/O引脚	典型的大门
EPF10K10	576	3	6,144	150	10,000
EPF10K20	1,152	6	12,288	189	20,000
EPF10K30	1,728	6	12,288	246	30,000
EPF10K40	2,304	8	16,384	189	40,000
EPF10K50	2,880	10	20,480	310	50,000
EPF10K70	3,744	9	18,432	358	70,000
EPF10K100	4,992	12	24,576	406	100,000
EPF10K130V	6,656	16	32,768	470	130,000
EPF10K250A	12,160	20	40,960	470	250,000

关键功能：

嵌入式阵列块（EAB）：每个EAB提供2,048位RAM，可配置为SRAM，ROM，FIFO或DUAL-PORT MONEME10。

FastTrack互连：可预测时机的连续路由通道。

Multivolt I/O。：支持向后兼容的5V耐耐受输入（Flex 10KA型号）。

JTAG合规性：用于系统级测试的内置边界扫描。

2。Flex10KE系列（增强）

Flex 10KE型号（例如EPF10K30E，EPF10K50S）为高性能应用程序添加了高级功能：

clocklock pll：减少时钟偏斜并启用频率乘法。

双端口RAM：改进数据密集型任务的内存带宽。

速度等级：范围从-1（最快）到-3（较慢），具有-1x和-2x的选项，适用于特定用例。

软件包：可提供QFP，BGA和PGA格式，最多可容纳672个引脚（例如，EPF10K200S）。

模型	莱斯	eabs	总RAM位	速度等级	关键功能
EPF10K30E	1,728	6	12,288	-1，-2，-3	clocklock pll
EPF10K50	2,880	10	20,480	-1，-2，-3	双端口RAM
EPF10K100E	4,992	12	24,576	-1，-2，-3	增强的I/O可伸缩性
EPF10K130E	6,656	16	32,768	-1，-2，-3	高密度逻辑
EPF10K200	9,830	24	49,152	-1，-2，-3	最大的Flex 10KE变体

遗产和替代

尽管Flex 10K系列已经过时了，其建筑影响了后来的Altera/Intel首页庭，例如气旋和Stratix。对于现代应用，等效设备包括：

旋风IV/V。：较低的功率，较高的密度和对较新接口的支持（例如，DDR3）。

Stratix 10：带有HBM内存和PCIE 4.0的FPGA/SOC混合动力车。

iv。Flex 10K系列申请

Flex 10K的高集成和灵活性使其成为多个领域的首选选择：

电信和网络设备

PCI接口卡：利用PCI合规性和多压支持来实现66MHz 64位PCI总线接口，EAB作为数据缓冲区和LES进行协议解析。

路由器/开关：EABS商店路由表，LES实施数据包转发逻辑和Clocklock Technology可减少时钟偏斜，以确保高速数据传输。

工业控制

运动控制器：LES实施PID算法，EABS商店运动轨迹数据以及多个I/O引脚支持传感器和执行器接口。

PLC模块：利用电路重新配置来更新现场控制逻辑，以适应不同的工业场景。

消费电子产品

机顶盒：EAB充当视频缓冲，LES实施音频/视频解码逻辑，低功耗适合首页庭环境。

智能电表：多压I/O与计量芯片和显示模块兼容，JTAG支持远程调试和升级。

汽车电子产品车载网关：集成CAN/LIN总线接口，EABS商店故障代码，LES实施协议转换以及广泛的型号符合汽车级要求。

V.结论

凭借其创新的“嵌入式数组 +逻辑数组”架构，Flex 10K首页庭开创了“通用逻辑 +专用功能”的片上整合，为SOPC设计奠定了基础。它可预测的时序性能，灵活的配置方法和广泛的兼容性使其成为从实验室原型到大规模生产的理想选择。即使在当今FPGA技术开发快速的时代，Flex 10K开创的“可编程嵌入式系统”的概念也继续影响可编程逻辑设备的演变。作为Altera的经典产品，Flex 10K不仅是一种设备，而且是可编程逻辑从“辅助逻辑”转换为“系统核心”的象征。它的技术遗产继续推动嵌入式系统设计中的创新和突破。

flex 10k系列datasheet.pdf

Flex 10K系列芯片型号

EPF10K100ARI240-3N，EPF10K50BC356-4，EPF10K50VQI240-2N，EPF10K30ATC144-3N，EPF10K50VQC240-3

EPF10K30BC356-3、EPF10K30ABC356-2 、EPF10K10ATC144-2N 、EPF10K50K50VBC356-1、EPF10K50VBC356- EPF10K50K50VBI356-4 EPF10K10Q2208-4、EPF10K30AQI240-3、EPF10K100AFC484-2 、EPF10K50K50K50RC240-4N 、EPF10K50K50VRI240-3N EPF10K50RC240-3 、EPF10K30RI208-4、EPF10K20RI208-4N 、EPF10K30AQCC208-1N 、EPF10K10K10AQCC208-2 EPF10K40RC240-4、EPF10K10ATI144-3N 、EPF10K100ABC356-2、EPF10K30K30ATC144-2 、EPF10K10ATC1444-1 EPF10K50VRC240-2N 、EPF10K20RC240-4、EPF10K70K70RC240-2N、EPF10K10K10K10LC84-4N 、EPF10K70K70RC240-4 EPF10K10ATC100-2、EPF10K10K10TC144-3、EPF10K100ABI356-3N、EPF10K10K10K10TI144-4N 、EPF10K50K50K50VBC356-4N EPF10K10ATC100-3N 、EPF10K30RC240-4N 、EPF10K70K70RC240-3N、EPF10K100K100ABC356-1N 、epf10K100K100ARI240-3 EPF10K20TC144-4N 、EPF10K100ABI356-3、EPF10K50K50K50VQC240-1N、EPF10K50K50K50VBI356-3N 、EPF10K30K30AQC240-3 EPF10K30RC240-3N 、EPF10K30AFC256-2、EPF10K30AQCC208-1、EPF10K50K50K50BC356-3、 EPF10K50K50VQC240-2N EPF10K50VRC240-3N 、EPF10K20RC240-3N 、EPF10K30ATC144-1N、EPF10K40K40RC240-3、EPF10K40-3、EPF10K30RC20RC208-3N EPF10K10QI208-4N 、EPF10K50K50VBC356-2N 、EPF10K50K50VRI240-4N 、EPF10K10ATI144-3、EPF10ATI144-3、EPF10K100ABI356-2N EPF10K10AQ2208-3N 、EPF10K50VBC356-4、EPF10K10ATC100-3、EPF10K10ATC100-EPF10K20RC240-3、EPF10K30K30ATC144-1 EPF10K10AQC2208-1、EPF10K50K50VQC240-2 、EPF10K100ABC356-3、EPF10K50K50RC240-4 、EPF10K50K50K50K50RI240-4N EPF10K10QI208-4、EPF10K30RC208-3、EPF10K100ABC600-1、EPF10K50K50K50K50VRC240-1、EPF10K30AQCC208-2N EPF10K10ATC144-2 、EPF10K100AFC484-2N 、EPF10K50K50VRC240-2、EPF10K20K20RC208-4N 、EPF10K50K50K50VBI356-3 EPF10K20RC208-4、EPF10K10AQ2208-3、EPF10K100ARC240-1N 、EPF10K30AQI240-3N 、EPF10K30K30RC240-4

EPF10K40RC208-3，EPF10K50RC240-3N，EPF10K10TI144-4，EPF10K30AQC208-3N，EPF10K30AQI208-3

EPF10K50VBI356-4N，EPF10K30AQC208-2，EPF10K100ARC240-3N，EPF10K70RC240-4N，EPF10K40RC240-4N

EPF10K30AQC240-2N、EPF10K50VRC240-1N，EPF10K40RC208-4，EPF10K30AFC256-3，EPF10K100ARC240-2

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