TMS320C6678 DSP + Xilinx Kintex-7 FPGA核心板硬件参数资源说明分享

硬件资源

SOM-TL6678F核心板板载DSP、FPGA、CPLD、ROM、RAM、晶振、电源、LED等硬件资源，并通过工业级高速B2B连接器引出IO。

图 1 核心板硬件框图

图 2

图 3

DSP

核心板DSP型号兼容TMS320C6678ACYPA25(1.25GHz)、TMS320C6678ACYPA(1GHz)，FCBGA(841)封装，工作温度为-40°C~100°C，引脚数量为841个，尺寸为24mm*24mm。

TI TMS320C6678处理器架构如下：

图 4 TMS320C6678处理器功能框图

FPGA

核心板FPGA型号为XC7K325T-2FFG676I，FFG676封装，工作温度范围为-40°C~100°C，引脚数量为676个，尺寸为27mm*27mm。

Kintex-7系列FPGA特性如下所示：

图 5 Kintex-7系列FPGA特性

ROM

NAND FLASH

核心板DSP通过EMIF16总线连接工业级NAND FLASH，采用8bit数据线，型号为S34MS01G2，容量为128MByte。

SPI NOR FLASH

核心板DSP通过SPI总线连接工业级SPI NOR FLASH，型号兼容GigaDevice公司的GD25WQ128E和Micron公司的MT25QU128ABA，容量为128Mbit。

核心板FPGA通过SPI总线连接工业级SPI NOR FLASH，型号为MT25QU256ABA，容量为256Mbit。

EEPROM

核心板DSP通过I2C总线连接工业级EEPROM，型号为AT24CM01，容量为1Mbit，I2C地址为0x50。

备注：DSP I2C总线在核心板内部已连接EEPROM，用于存储IBL引导程序。从系统稳定性角度考虑，建议进行底板设计时尽量选用其他通信总线完成功能设计。

RAM

核心板DSP通过专用DDR EMIF Data Bus总线连接4片工业级DDR3，每片采用16bit数据线，共64bit。DDR3型号兼容MT41K128M16(256MByte)和MT41K256M16(512MByte)，支持DDR3-1333工作模式(667MHz)。

核心板DSP通过专用DDR3_EMIF Check Bit总线连接1片工业级DDR3（作为ECC内存），采用8bit数据线，DDR3型号兼容MT41K128M16(256MByte)和MT41K256M16(512MByte)。

核心板FPGA通过BANK 33、BANK 34连接2片工业级DDR3，每片采用16bit数据线，共32bit。DDR3型号兼容MT41K128M16(256MByte)、MT41K256M16(512MByte)，支持DDR3-1066工作模式(533MHz)。

晶振

核心板采用3个工业级晶振U15、U17和U18，为板载DSP提供系统时钟源。其中U15晶振和U17晶振时钟频率均为25MHz，精度为±25ppm，用作板载CDCM61002时钟芯片的时钟源。U18晶振时钟频率为50MHz，精度为±25ppm，经转换为差分时钟后为DSP的DDR控制器提供时钟源。

核心板采用3个工业级晶振U30、U31和U34，为板载FPGA提供系统时钟源。其中U30晶振为SCJO05-250001820B30Q，时钟频率为25MHz，精度为±50ppm，通过IO_L13P_T2_MRCC_14引脚为FPGA提供系统时钟源。U31、U34晶振为7X25000010，时钟频率为25MHz，精度为±25ppm，用作板载CDCM61002时钟芯片的时钟源。

核心板采用工业级晶振U45为板载CPLD提供系统时钟源。U45晶振时钟频率为25MHz，精度为±50ppm。

时钟芯片

DSP时钟系统

核心板DSP端时钟系统采用2个工业级CDCM61002时钟芯片。一个由U15晶振输入25MHz时钟源，倍频后产生两路100MHz差分时钟，分别向DSP的CORECLK、PASSCLK和PCIECLK提供时钟输入。另一个由U17晶振输入25MHz时钟源，倍频后产生两路250MHz差分时钟，分别向DSP的SRIOSGMII和HyperLink提供时钟输入。

核心板DSP PCIe接口支持同源时钟模式和非同源时钟模式。其中非同源时钟模式采用板载CDCM610002时钟芯片输出的100MHz时钟源，同源时钟模式采用评估底板PCIe接口输入的时钟源。

FPGA时钟系统

核心板FPGA端时钟系统采用2个工业级CDCM61002时钟芯片，时钟系统框图如下所示。

图 6

一个CDCM61002时钟芯片由U31晶振输入25MHz时钟源，默认通过下图硬件配置电路，倍频后产生两路100MHz差分时钟，分别向FPGA的BANK 115 GTX0输入和BANK 116 GTX1输入提供时钟源。

同时可通过FPGA IO对该时钟芯片进行配置，修改输出的时钟频率。

图 7

图 8

另一个由U34晶振输入25MHz时钟源，通过下图硬件配置电路，倍频产生两路200MHz差分时钟，向FPGA的IO_L13P_T2_MRCC_34/IO_L13N_T2_MRCC_34提供DDR时钟源，向FPGA的IO_L12P_T1_MRCC_34/IO_L12N_T1_MRCC_34提供用户时钟源。

图 9

图 10

电源

核心板采用分立电源供电设计，所选电源方案均满足工业级环境使用要求。电源系统设计满足板载DSP、FPGA的供电要求，通过核心板板载CPLD程序控制电源使能，满足上电时序要求。核心板采用9V直流电源供电。

CPLD

核心板板载CPLD，出厂时已经固化用于控制核心板DSP、FPGA上电时序的程序，用户可无需进行CPLD程序开发。

LED

核心板板载7个LED。其中LED0为电源指示灯，在核心板供电后默认点亮。LED8为CPLD状态指示灯，在核心板DSP上电复位完成后点亮。LED1和LED2为DSP端用户可编程指示灯，分别对应GPIO14和GPIO15两个引脚，高电平点亮。LED3和LED4为FPGA端用户可编程指示灯。LED5为FPGA DONE指示灯，当FPGA初始化完成后会点亮。

图 11

图 12

图 13

图 14

温度传感器

核心板DSP通过I2C总线连接一个温度传感器，型号为TMP102AIDRLT，I2C地址为0x49。

图 15

核心板FPGA端通过I2C总线连接一个温度传感器，型号为TMP102AIDRLT，I2C地址为0x48。

图 16

B2B连接器

核心板采用4个申泰(Samtec)公司的工业级高速B2B连接器，共720pin，间距0.5mm，合高5.0mm。包含2个180pin公座B2B连接器，型号BTH-090-01-L-D-A-K-TR，高度4.27mm。2个180pin母座B2B连接器，型号BSH-090-01-L-D-A-TR，高度3.25mm。B2B连接器单端最高通信速率为18Gbps，差分最高通信速率为19Gbps。

图 17

外设资源

核心板DSP端B2B连接器引出的主要外设资源及性能参数如下表所示。

引脚说明

引脚排列

核心板B2B连接器分别为CON0A（对应评估底板CON0A）、CON0B（对应评估底板CON0B）、CON0C（对应评估底板CON0C）、CON0D（对应评估底板CON0D），引脚排列如下图所示。

图 18 核心板引脚排列示意图

引脚定义

核心板B2B连接器引脚定义如下表。

其中“B2B引脚号”为核心板B2B连接器引脚序列号，“芯片引脚号”为DSP/FPGA引脚序列号，“引脚信号名称”为DSP/FPGA引脚信号名称，NC表示该引脚信号未连接到DSP/FPGA引脚，“引脚功能”为核心板引脚推荐功能描述。

内部引脚说明

“B2B引脚号”NC表示核心板该内部引脚未引出到B2B连接器，其他代表内部已使用且同时引出到核心板B2B连接器。

DSP处理器在核心板内部通过SRIO、EMIF16、I2C、GPIO与FPGA相连，具体引脚连接关系如下表所示。

表格“连接方向”列中"->"指信号流向从DSP至FPGA，"<-"指信号流向从FPGA至DSP，"<->"指信号可在DSP及FPGA双向流通。

引脚上下拉说明

下表为核心板内部已作上下拉配置引脚的说明。表中未说明的引脚，核心板内部默认未作上下拉配置，直接引出到B2B连接器。

电气特性

工作环境

表 7

功耗测试

表 8

备注：功耗基于TL6678F-EasyEVM评估板（核心板型号：SOM-TL6678F-1000/325T-8/4GD-I-A2）测得。功耗测试数据与具体应用场景有关，仅供参考。

状态1：评估板不接入外接模块，DSP运行LED测试例程，FPGA运行资源利用率较低的LED测试例程。

状态2：评估板不接入外接模块，DSP运行FFT测试程序，8个C66x核心的资源使用率约为100%；FPGA运行资源利用率较高的IFD综合功能测试程序，电源功率约为6.946W，资源利用率如下图所示。

图 19

热成像图

核心板在常温环境、“状态2”的条件下稳定工作10min后，分别在增加散热器（不开启风扇）、增加散热器（开启风扇）的情况下，测得核心板热成像图如下所示。H为最高温度，S为平均温度。

备注：不同测试条件下结果会有所差异，数据仅供参考。

图 20 安装散热器（不开启风扇）

图 21 安装散热器（开启风扇）

请参考以上测试结果，并根据实际情况合理选择散热方式。

机械尺寸

表 9

图 22

图 23

元器件最高高度：指核心板最高元器件水平面与PCB正面水平面的高度差。核心板最高元器件为DSP(U1)。

底板设计注意事项

最小系统设计

基于SOM-TL6678F核心板设计底板时，请务必满足最小系统设计要求，具体如下。

电源设计说明

1. VDD_9V_SOM

VDD_9V_SOM(VDD_9V_BRD)为核心板的主供电输入。如产品一般在室温环境下使用，核心板电源功率建议参考评估板按最大27W进行设计；如产品一般在高温环境下使用，核心板电源功率建议按最大40W进行设计。

图 24

VDD_9V_SOM在核心板内部未预留总电源输入的储能大电容，底板设计时请参照评估板原理图，在靠近B2B连接器位置放置储能大电容。

图 25

VDD_1V8_BRD

VDD_1V8_BRD为底板提供的外设电源。由于核心板采用官方推荐的"IO Before Core Power Sequencing"上电时序，所以VDD_1V8_BRD与VDD_9V_SOM同时上电。

图 26

图 27

FPGA端BANK电源设计

核心板内部已将BANK 0、BANK 14、BANK 16电平配置为1.8V，同时将BANK 33、BANK 34电平配置为1.5V。

BANK 12、BANK 13、BANK 15供电可在底板灵活配置，可根据实际需要选择1.5V、1.8V、2.5V或3.3V供电，最高不得超过3.45V。BANK 32为HP BANK，根据实际需要选择1.5V、1.8V供电。

XADC电源

XADC电源引脚VCCADC_0在核心板内部已连接到1.8V，XADC参考电压输入引脚XADC_VREF_0在核心板内部已经接GNDADC_0，此时将默认使用FPGA内部参考电压，同时该引脚通过0R电阻（默认空贴）引出到B2B。

VCCBATT电源

核心板设计默认不使用VCCBATT电源，该引脚已在核心板内部设计1K下拉电阻到GND。

系统启动配置

核心板由板载CPLD引出SYS_BOOTSET[1:5]共5位BOOTSET引脚，通过CPLD控制DSP端及FPGA端系统启动配置。

用户可参考评估底板SYS_BOOTSET部分电路（如下图），以及相关配置说明进行电路设计即可。

图 28

SYS_BOOTSET[1:3]为DSP端启动配置设置位。

由于DSP端BOOTSET引脚与GPIO信号存在复用关系，如使用GPIO外接设备，请保证DSP在上电初始化过程中BOOTSET引脚电平不受外接设备的影响，否则将会导致DSP无法正常启动。

SYS_BOOTSET[4]为DSP PCIe接口同源时钟及非同源时钟选择设置位。

板载DSP PCIe接口支持非同源时钟模式和同源时钟模式，核心板引出SYS_BOOTSET[4]引脚进行选择配置，0为非同源模式，1为同源模式。其中非同源时钟模式采用板载CDCM610002时钟芯片输出的100MHz时钟源，同源时钟模式采用评估底板PCIe接口输入的时钟源。

SYS_BOOTSET[5]为FPGA端启动配置设置位。

0为Master SPI模式，此时FPGA可进行程序在线加载、固化并离线启动。1为Slave Serial模式，此时DSP可通过SPI总线在线加载FPGA程序。

系统复位信号

RESETFULLZ

RESETFULLZ(DSP_RSTFULL)为DSP的复位输入引脚，该复位信号不但复位所有寄存器，还将复位所有调试环境。底板设计时应增加10K上拉电阻。

RESETZ

RESETZ为DSP的WARM RESET复位输入引脚，该复位信号会复位除调试环境以外的所有功能逻辑。底板设计时应增加10K上拉电阻。

nNMI

nNMI(DSP_NMIZ)为DSP不可屏蔽中断引脚，底板设计时应增加10K上拉电阻。

PROGRAM

PROGRAM_B(FPGA_PROG)信号用于复位FPGA逻辑。核心板未经过处理直接引出到B2B，不使用时注意使用上拉将其电平固定。

SYS_nRESET

SYS_nRESET信号连接核心板内部CPLD，当该信号被拉低时，CPLD将控制DSP、FPGA重新上电，不使用时注意使用上拉将其电平固定。

设计注意事项：

DSP的RESETFULLZ、RESETZ、PORZ引脚在核心板内部已连接到CPLD。当DSP完成上电后，CPLD将与DSP的RESETFULLZ、RESETZ、PORZ引脚相连的IO配置为高阻态，并且使能CPLD相连引脚的内部上拉电阻，将RESETFULLZ、RESETZ、PORZ引脚固定为高电平。

其他配置信号

PUDC_B

BANK 14中的PUDC_B引脚为FPGA IO启动上拉使能配置引脚，在核心板内部已设计1K下拉电阻到GND，并通过核心板B2B连接器引出。

图 29

CFGBVS配置说明

FPGA的CFGBVS引脚在核心板中已直连1.8V电源，下图为CFGBVS的配置说明。

图 30

图 31

其他设计注意事项

保留风扇控制电路

由于核心板功耗较高，请使用风扇方式进行散热，底板设计时建议保留风扇控制电路。

保留UART接口

评估底板将核心板DSP的UART_RXD和UART_TXD引脚通过CP2105芯片引到Micro USB接口，作为DSP端系统调试串口使用。底板设计时，建议保留UART作为系统调试串口。

评估底板将核心板FPGA的引脚通过CP2105芯片引到Micro USB接口上，作为FPGA端系统调试串口使用。底板设计时，建议保留F/H9/UART1_RXD_16/1V8(IO_L1P_T0_16)、F/H8/UART1_TXD_16/1V8(IO_L1N_T0_16)分别作为系统调试串口的RX与TX。

保留JTAG接口

评估底板引出14pin 2.54mm间距DSP端JTAG接口，引出14pin 2.0mm间距FPGA端JTAG接口。为便于系统的调试，底板设计时建议保留DSP与FPGA端的JTAG调试接口。

FMC接口LA信号不等长问题

存在问题：由核心板引出的FMC1、FMC2接口的LA信号未严格按照等长设计，在进行高速信号通信时可能会造成通信时序不对齐，从而影响通信质量。

使用说明：底板设计时，FMC接口信号等长设计请勿超过+/-100mil。如产品已成型，且LA信号未严格按照等长设计，可考虑通过软件进行时序优化。