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淺談FPGA在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用前景

時(shí)間:2010-09-20 11:03:09來源:majuan

導(dǎo)語:?早期的嵌入式系統(tǒng)一般是以通用處理器或單片機(jī)為核心,在外圍電路中加入存儲(chǔ)器、功率驅(qū)動(dòng)器、通信接口、顯示接口、人機(jī)輸入接口等外圍接口,再加上應(yīng)用軟件,有些還加上了嵌入式操作系統(tǒng),從而構(gòu)成完整的系統(tǒng)。

      早期的嵌入式系統(tǒng)一般是以通用處理器或單片機(jī)為核心,在外圍電路中加入存儲(chǔ)器、功率驅(qū)動(dòng)器、通信接口、顯示接口、人機(jī)輸入接口等外圍接口,再加上應(yīng)用軟件,有些還加上了嵌入式操作系統(tǒng),從而構(gòu)成完整的系統(tǒng)。
  隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步,SoC已經(jīng)在很多應(yīng)用中取代了傳統(tǒng)的以單片機(jī)為中心的架構(gòu),將很多外設(shè)和存儲(chǔ)器集成在一個(gè)芯片中,使系統(tǒng)的功耗和體積越來越小,而功能卻越來越強(qiáng)。
      現(xiàn)在的MCU和DSP的功能已經(jīng)非常強(qiáng)了,但處理能力畢竟還是有限的,廠商在推出一款器件的時(shí)候,其性能就已經(jīng)固定了。當(dāng)某一款產(chǎn)品的性能無法滿足要求時(shí),就必須選用新的處理器,常常意味著重新進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì),重新進(jìn)行各項(xiàng)軟硬件的驗(yàn)證測試,所導(dǎo)致的工程資源的浪費(fèi)是非常驚人的。
  FPGA是通過邏輯組合來實(shí)現(xiàn)各種功能的器件,幾乎可以進(jìn)行任何類型的處理;對于常用的數(shù)字信號(hào)處理,有些FPGA專門還提供了DSP模塊來實(shí)現(xiàn)加速;FPGA的并行處理架構(gòu)非常適合圖像處理、數(shù)字信號(hào)處理等運(yùn)算密集的應(yīng)用;用某款芯片無法滿足要求時(shí),還可以通過使用同樣封裝且容量更大的FPGA芯片來提供更高的處理能力,這樣就可以保持管腳的兼容性,從而無須對PCB板進(jìn)行修改;FPGA的可編程性使設(shè)計(jì)工程師可以隨時(shí)對設(shè)計(jì)進(jìn)行修改,即使在產(chǎn)品部署后也能對設(shè)計(jì)錯(cuò)誤進(jìn)行更正;FPGA不但可以完成MCU和DSP的各種功能,還可以根據(jù)需要生成新的功能,或者調(diào)配各項(xiàng)功能之間的資源配比,使同一個(gè)硬件電路設(shè)計(jì)可以滿足不同的應(yīng)用需求;FPGA還可以利用現(xiàn)成的處理器內(nèi)核,直接生成軟處理器,并在其上運(yùn)行操作系統(tǒng)。
  由于FPGA是通過邏輯組合來實(shí)現(xiàn)功能的,所以其功耗和成本一般高于MCU和DSP。在幾年前,F(xiàn)PGA給人的印象一直是高高在上的價(jià)格,除了通信、航天、軍工、工業(yè)等少數(shù)行業(yè),F(xiàn)PGA更多地是在扮演原型驗(yàn)證開發(fā)的角色,在消費(fèi)類電子等更廣大的市場中遲遲未打開局面。
  隨著Xilinx和Altera競相采用新的制造工藝,其單位門電路的價(jià)格下降得比ASIC還要快,價(jià)格在很多應(yīng)用中已不再是障礙了。特別是在一些需要特定功能的應(yīng)用中,設(shè)計(jì)師在市場上找不到可以滿足要求的器件,他們就必須自己開發(fā)ASIC芯片,或者用FPGA進(jìn)行設(shè)計(jì)。但開發(fā)ASIC的成本和風(fēng)險(xiǎn)在不斷提高,甚至超過了未來的收益,用FPGA就成了一個(gè)非常實(shí)際的選擇。

 

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