随着硬件性能需求的提升，FMC（Frontier Mezzanine Card）接口技术逐渐成为高性能计算和信号处理领域的关键支撑。本文将梳理 FMC 的定义，对比 VITA 57.1 与 57.4 标准的差异，并深入探讨 UltraScale、MPSoC 等架构及常用接口协议。
FMC 与 VITA 标准
FMC 是一种用于连接高性能处理器与外部设备的高密度接口标准，具备灵活性强、可靠性高等特点，广泛应用于数据采集、通信测试等场景。
在标准演进方面，VITA 57.1 是早期的基础版本，定义了机械规格、电气特性及连接器引脚排列。它支持高速串行通道（最高 10Gbps）、并行通道及时钟复位信号，适用于大多数高速应用。而 VITA 57.4 在此基础上进行了优化升级，不仅继承了核心内容，还引入了热插拔支持和更灵活的电源管理，传输速率和信号通路进一步扩展，更适合对性能有极致要求的应用。
芯片架构：UltraScale 与 MPSoC
UltraScale 是 Xilinx（现 AMD）推出的一代 FPGA/SoC 架构家族名称，后续还有增强版 UltraScale+。你可以将其理解为底层平台或工艺体系，通常意味着更强的逻辑资源、DSP 单元以及更优的高速接口能力，配套 Vivado 开发工具链。
MPSoC（Multi-Processor System-on-Chip）则是多处理器片上系统。以 Zynq UltraScale+ MPSoC 为例，它融合了 PS（Processing System）和 PL（Programmable Logic）两部分：
- PS 端：包含 ARM 硬核 CPU（如 Cortex-A53 应用核 + Cortex-R5 实时核）及片上外设。
- PL 端：保留 FPGA 可编程逻辑区域。
这意味着一颗芯片既是一台小电脑，又是一块可重构电路。相比 Zynq-7000 SoC 的双核 A9，MPSoC 的架构更复杂，性能更强。
常用接口与协议
在 FPGA 开发中，理解底层接口至关重要：
LVDS 与 DDR2
LVDS（低电压差分信号）通过两根线成对传输差分电平，抗干扰能力强，适合几百 Mbps 到更高速度的链路，且辐射较小。DDR2 作为第二代双倍数据率内存，利用时钟上升沿和下降沿同时传输数据，频率更高、预取更深，工作电压通常为 1.8V，提供更高带宽。
SPI、QSPI 与 UART
SPI（串行外设接口）是一种板级同步总线，采用主从结构，全双工通信。常见 4 线制（SCLK、CS#、MOSI、MISO），适合短距离高速通信。 QSPI 是 SPI 的升级版，使用 4 条数据线并行传输，读取速度更快，常用于存储 FPGA 配置文件或固件。 UART（通用异步收发器）则是异步串口，无时钟线，靠波特率对齐，典型为 2 线（TX/RX）。虽然效率不如 SPI，但调试方便，常用于日志输出或模块通信。
选型建议：需要高速读写外设选 SPI/QSPI；需要简单通用调试选 UART。
JTAG 接口
JTAG（联合测试行动小组）是芯片调试和配置的标准接口，标准化为 IEEE 1149.1。核心物理信号包括 TCK（时钟）、TMS（模式选择）、TDI（数据输入）、TDO（数据输出），可选 TRST（复位）。在 FPGA 中，JTAG 用于下载 bitstream、读 IDCODE 及调试软核，其内部通过 TAP 控制器驱动状态机完成指令与数据的扫描。
MCU 与 FPGA 的本质区别
| 维度 | MCU (微控制器) | FPGA (现场可编程门阵列) |
|---|---|---|
| 本质 | 小电脑（CPU+RAM+Flash），跑软件程序 | 可重构电路（LUT+BRAM+DSP），写硬件描述 |
| 执行方式 | 顺序执行，依赖中断调度 | 天生并行，多模块同时运行 |
