DK-U1-VCU110-ES-G

VCU110 Evaluation Board User Guide UG1073 (v1.5) April 19, 2019 Revision History The following table shows the revision history for this document. Date Version Revision 04/19/2019 1.5 Added Electrostatic Discharge Caution. Updated component information in QDR2+ Component Memory and RLD3 Component Memory. Removed the constraints file in Appendix D, Xilinx Design Constraints and added instructions to access the file. Updated Appendix G, Regulatory and Compliance Information. 07/28/2017 1.4 Updated the UltraScale XCVU190-2FLGC2104EES9847 FPGA part number to XCVU190-2FLGC2104E throughout. Standardized figure format. Added Documentation Navigator and Design Hubs. 03/15/2017 1.3 Updated Micron HMC part number throughout. Updated Table 1-16, Table 1-18, Table 1-51, and Table 1-52. 03/26/2016 1.2 Updated Dual Quad-SPI Flash Memory, Micro-SD Card Interface, and FMC HPC1 Connector J2. Updated Table 1-15, Table 1-16, Table 1-17, Table 1-18, Table 1-19, Table 1-20, Table 1-23, Table 1-24, Table 1-25, Table 1-40, and Table 1-59. Added thickness information to Appendix F, Board Specifications. 01/16/2016 1.1 Updated the UltraScale XCVU190-2FLGC2104EES9847 FPGA part number throughout. 11/21/2015 1.0 Initial Xilinx release. VCU110 Evaluation Board UG1073 (v1.5) April 19, 2019 www.xilinx.com Send Feedback 2 Table of Contents Revision History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Chapter 1: VCU110 Evaluation Board Features Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 VCU110 Evaluation Board Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Electrostatic Discharge Caution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Board Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Feature Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Virtex UltraScale XCVU190-2FLGC2104E FPGA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 QDR2+ Component Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 RLD3 Component Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 Dual Quad-SPI Flash Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 Hybrid Memory Cube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 Micro-SD Card Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34 USB JTAG Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35 JTAG Chain FMC Connector Bypass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36 Clock Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36 System Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39 Programmable User Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 Jitter-Attenuating Clock Multipliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 User SMA Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 GTY Transceivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45 GTH Transceivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60 PCI Express Endpoint Connectivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75 CFP Module Quad Connectors (CFP4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76 10/100/1,000Mb/s Tri-Speed Ethernet PHY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80 Ethernet PHY Status LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81 Dual USB-to-UART Bridge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82 I2C Bus, Topology and Bus Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83 Status and User LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86 User I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88 User GPIO LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88 User Pushbuttons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89 CPU Reset Pushbutton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90 GPIO DIP Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91 User PMOD GPIO Header . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92 Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93 Samtec BULLSEYE1 Connector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95 Samtec BULLSEYE2 Connector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98 PCIe Cable Connector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100 VCU110 Evaluation Board UG1073 (v1.5) April 19, 2019 www.xilinx.com Send Feedback 3 Interlaken Connector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101 ExaMAX Backplane Connector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105 FPGA Mezzanine Card (FMC) Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107 FMC HPC0 Connector J22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108 FMC HPC1 Connector J2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113 VCU110 Board Power System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118 Monitoring Voltage and Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121 SYSMON Power System Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121 SYSMON Headers J80, J81 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123 Cooling Fan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124 VCU110 Zynq-7000 SoC XC7Z010 System Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125 Appendix A: Default Switch and Jumper Settings Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Jumpers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Appendix B: VITA 57.1 FMC Connector Pinouts Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Appendix C: Getting Started with System Controller Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Appendix D: Xilinx Design Constraints Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Appendix E: Board Setup Appendix F: Board Specifications Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Environmental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133 Humidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133 Operating Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133 Appendix G: Regulatory and Compliance Information Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 VCU110 Evaluation Board UG1073 (v1.5) April 19, 2019 www.xilinx.com Send Feedback 4 CE Directives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 CE Standards. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Electromagnetic Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134 Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135 Markings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Appendix H: Additional Resources and Legal Notices Xilinx Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Solution Centers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Documentation Navigator and Design Hubs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Please Read: Important Legal Notices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VCU110 Evaluation Board UG1073 (v1.5) April 19, 2019 www.xilinx.com 136 136 136 137 139 Send Feedback 5 Chapter 1 VCU110 Evaluation Board Features Overview The VCU110 evaluation board for the Xilinx Virtex® UltraScale™ XCVU190-2FLGC2104E FPGA provides a hardware environment for developing and evaluating designs targeting the UltraScale XCVU190-2FLGC2104E FPGA. The VCU110 evaluation board provides features common to many evaluation systems, including QDRII+ and RLD3 component memory, a hybrid memory cube component memory, a CFP4 Quad C form-factor pluggable module connector, an Ethernet PHY, general purpose I/O, a four-lane PCI Express® interface connector, and two UART interfaces. Other features can be supported using VITA-57 FPGA mezzanine cards (FMC) attached to two high pin count (HPC) FMC connectors. See Appendix H, Additional Resources and Legal Notices for references to documents, files, and resources relevant to the VCU110 board. VCU110 Evaluation Board Features The VCU110 evaluation board features are listed here. Detailed information for each feature is provided in Feature Descriptions. • Virtex UltraScale XCVU190-2FLGC2104E FPGA • 144 Mb QDRII+ component memory interface (1 x 18-bit SIO device) • 2 x 576 Mb RLD3 component memories (1 x 36-bit x 16M), 1 x 18-bit x 32M CIO devices) • 4 GB Hybrid Memory Cube (HMC) • Dual 512 Mb Quad-SPI (QSPI) flash memory • Micro secure digital (SD) connector • USB JTAG interface through Digilent module with micro-B USB connector • Clock sources: ° SI5335A Quad clock generator ° Si570 IIC programmable LVDS clock generator ° Three SI5328 clock multiplier and jitter attenuators VCU110 Evaluation Board UG1073 (v1.5) April 19, 2019 www.xilinx.com Send Feedback 6 Chapter 1: VCU110 Evaluation Board Features ° • • SMA user clock connector pair (differential) 52 GTY transceivers (13 Quads) ° 5 Quads connected to Interlaken connector ° 2 Quads connected to 2 BullsEye™ SMA connectors ° 2 Quads connected to EXAMAX connector ° 4 Quads connected to CPF4 connector 52 GTH transceivers (13 Quads) ° 8 Quads connected to HMC ° 2 Quads connected to FMC HPC0 connector DP ° 2 Quads connected to FMC HPC1 connector DP ° 1 Quad connected to PCIe® cable connector • Ethernet PHY SGMII interface with RJ-45 connector • Dual USB-to-UART bridge with micro-B USB connector • Status LEDs • User I/O (pushbuttons, DIP switch, LEDs) • Pmod header • Two VITA 47.1 FMC HPC connectors • Configuration options: • ° Quad-SPI flash memory ° USB JTAG configuration port (Digilent module) ° Platform cable 2 mm 2x7 shrouded header J3 JTAG configuration port Zynq ® XC7Z010 based system controller Block Diagram The VCU110 evaluation board block diagram is shown in Figure 1-1. The VCU110 board schematics are available for download from the Xilinx Virtex UltraScale FPGA VCU110 Evaluation Kit website. The page numbers shown in Figure 1-1 refer to schematic page numbers in the VCU110 schematic XTP407. CAUTION! The VCU110 evaluation board can be damaged by electrostatic discharge (ESD). Follow ESD prevention measures when handling the board. VCU110 Evaluation Board UG1073 (v1.5) April 19, 2019 www.xilinx.com Send Feedback 7 Chapter 1: VCU110 Evaluation Board Features Electrostatic Discharge Caution CAUTION! ESD can damage electronic components when they are improperly handled, and can result in total or intermittent failures. Always follow ESD-prevention procedures when removing and replacing components. To prevent ESD damage: • Use an ESD wrist or ankle strap and ensure that it makes skin contact. Connect the equipment end of the strap to an unpainted metal surface on the chassis. • Avoid touching the adapter against your clothing. The wrist strap protects components from ESD on the body only. • Handle the adapter by its bracket or edges only. Avoid touching the printed circuit board or the connectors. • Put the adapter down only on an antistatic surface such as the bag supplied in your kit. • If you are returning the adapter to Xilinx Product Support, place it back in its antistatic bag immediately. • If a wrist strap is not available, ground yourself by touching the metal chassis before handling the adapter or any other part of the computer/server. VCU110 Evaluation Board UG1073 (v1.5) April 19, 2019 www.xilinx.com Send Feedback 8 Chapter 1: VCU110 Evaluation Board Features X-Ref Target - Figure 1-1 *7