SIENOVO
Back to Blog

基于复旦微JFMQL100TAI的全国产化FPGA+AI人工智能异构计算平台，兼容XC7Z045-2FFG900I

#fpga开发#人工智能

引言

随着国产化进程的加速，基于国产 FPGA 与 AI 异构计算的完整平台正逐渐成为工业与嵌入式领域的热点。本文围绕 复旦微 JFMQL100TAI 系列核心板展开，详细介绍其硬件构成、技术指标以及适用场景，帮助研发人员快速了解该平台的能力，并在此基础上进行二次开发或系统集成。

平台概述

复旦微电子推出的 FMQL45T900（亦称 JFMQL100TAI）是一款全可编程融合芯片，兼容 Xilinx XC7Z045-2FFG900I 的功能特性。该芯片采用 28 nm 工艺，将 四核 ARM 处理器（Processing System，PS）与 可编程逻辑（Programmable Logic，PL）紧密耦合，实现“一片芯片上完成软硬件协同”。在此基础上，复旦微将 FMQL45T900 的最小系统集成到 87 × 117 mm 的核心板上，形成一个即插即用的功能模块，便于用户快速搭建信号平台并进行产品原型开发。

核心板的主要特性

  • 兼容 Xilinx XC7Z045-2FFG900I
  • 支持 DDR3、EMMC、SPI FLASH、以太网 PHY 等常用外设
  • 通过 FMC（FPGA Mezzanine Card）实现 PL 端 IO 的灵活扩展

硬件组成

PS（处理系统）侧

  • 1 GB DDR3 SDRAM：为 ARM 处理器提供高速缓存，满足操作系统与中间件的内存需求。
  • 8 GB EMMC：用于存放根文件系统、应用程序及大容量数据。
  • 256 Mbit QSPI Flash：存放启动引导（Bootloader）和关键固件，确保上电即能快速启动。
  • 2× RJ45 Ethernet：提供千兆网络接口，支持双网卡冗余或分离控制/数据通道。

PL（可编程逻辑）侧

  • 64 bit 2 GB DDR3 SDRAM：专用于 FPGA 逻辑块的高速数据缓存，适合大规模卷积、矩阵运算等 AI 推理场景。
  • 4× SFP+ 光纤接口：支持 10 Gbps 以太网或光纤通道，适合高吞吐量的工业网络或远程数据传输。
  • PCIe 2.0 × 4：提供 8 GB/s 的带宽，可直接与上位服务器或 GPU/AI 加速卡进行高速互联。
  • 1 个 FMC（HPC）接口：支持 x8 GTX、80 × LVDS，便于接入高速 ADC/DAC、摄像头或自定义高速 I/O 卡。

功能框图

（此处可插入系统功能框图，展示 PS 与 PL 的交叉连接、存储层次结构以及外设接口的布局。）

技术指标

板载 FPGA 实时处理器

  • FPGA 型号：复旦微 FMQL45T900
    • 采用 28 nm 低功耗工艺，集成四核 ARM Cortex‑A53（或同等规格）与 200 K 逻辑单元的 PL。

动态缓存（DDR3）指标

  1. 缓存数量：2 片 DDR3 SDRAM 颗粒
  2. 芯片型号：紫光国微 SCB13H4G160AF
  3. 缓存带宽：32 位数据总线，工作时钟不低于 500 MHz（理论峰值 16 GB/s）
  4. 缓存容量：1 GB

非易失性存储

  1. QSPI FLASH：复旦微 JFM25Q256，容量 256 Mbit（32 MB）
  2. HDMI：支持 1 路 HDMI 高清数字输出显示接口，适用于调试或现场监控。
  3. EMMC：江波龙 FEMDRW008G，容量 8 GB，提供可靠的大容量存储。

物理与电气特征

  • 板卡尺寸：87 × 117 mm
  • 板卡供电：最大 3 A @ +12 V（±5%）
  • 散热方式：风冷散热（可选散热片或风扇）

环境特征

  • 工作温度：-40 °C ~ +85 °C
  • 存储温度：-55 °C ~ +125 °C
  • 工作湿度：5 % ~ 95 %，非凝结

软件支持

  • 板级软件开发包（BSP）：提供完整的 Linux/RTOS 启动镜像、驱动库以及示例代码，帮助用户在 PS 侧快速构建操作系统。
  • 定制化算法与系统集成：可根据客户需求提供 AI 推理模型的加速实现、图像处理流水线或专用通信协议栈的移植。

典型应用领域

应用场景关键需求本平台优势
无人机飞控系统实时姿态估计、低功耗运行FPGA 实时处理 + 双千兆网口提供冗余通信
机器人控制器多传感器融合、快速运动规划PCIe × 4 与 SFP+ 支持高速数据流
智能家居/智能打印多媒体输出、边缘 AI 推理HDMI 输出 + QSPI FLASH 存放固件
消费类医疗器械高可靠性、宽温域工作-40 °C~+85 °C 工业级温度范围

开发流程建议

  1. 硬件准备

    • 将核心板装入标准 6U 机箱或自定义支架，确保散热通道畅通。
    • 通过 FMC 接口连接所需的高速 ADC/DAC 卡或自定义 I/O 扩展板。

  2. 软件环境搭建

    • 下载官方 BSP（含交叉编译工具链、U‑Boot、Linux Kernel），按照 README 完成交叉编译。
    • 使用 JTAG 或 SD 卡烧录启动镜像，验证板卡基本功能（网络、HDMI、PCIe）。

  3. FPGA 设计

    • 在 Vivado（或对应的复旦微 IDE）中打开 FMQL45T900 项目模板，利用 IP Integrator 将 PS 与 PL 通过 AXI 总线桥接。
    • 若需 AI 加速，可集成 Xilinx Vitis AI 或复旦微自研的 AI 加速 IP，利用 DDR3 缓存实现大模型推理。

  4. 系统调试

    • 通过串口或 Ethernet 进行日志输出，定位启动阶段的 Bootloader 与 Device Tree 配置问题。
    • 使用 PCIe 测试卡验证 x4 链路的带宽与稳定性。

  5. 部署与量产

    • 完成功能验证后，可将 QSPI FLASH 中的固件固化，利用 EMMC 进行 OTA（Over‑The‑Air）升级，实现远程维护。

结语

复旦微 JFMQL100TAI 核心板凭借 国产 FPGA 与 ARM 双核融合 的架构，提供了从 低层硬件 到 高层软件 的完整生态链。其兼容 Xilinx XC7Z045-2FFG900I 的特性，使得已有的 Xilinx 设计可以相对平滑地迁移到国产平台，满足国产化、低功耗以及高可靠性的工业应用需求。无论是 无人机、机器人 还是 智能医疗，该平台都能提供足够的计算资源与灵活的 I/O 扩展能力，帮助研发团队缩短产品开发周期、降低成本，并在国产化道路上迈出坚实一步。

View original article on CSDN →