采用CPLD来替代微处理器的6种方法

2010-02-02 16:32:32来源: Altera

  随着低功耗CPLD的出现,低功耗电子产品设计人员现在有新的选择来实现以前由微控制器完成的多种功能。本白皮书讨论什么时候适合采用CPLD替代微控制器,什么时候可以采用CPLD作为微控制器的辅助器件。

  引言

  如果告诉便携式电子设计人员有一种低功耗数字器件能使他们利用软件程序来重新配置硬件工作,他们中的十个会有九个认为这是某种微控制器。这是可以理解的。丰富的特性和封装、大量的软件开发工具,以及庞大的应用代码库,无处不在的微控制器几乎能够用在所有便携式应用中。然而,随着低功耗CPLD的出现,设计人员有了新的选择来实现以前由微控制器完成的功能。

  本白皮书讨论什么时候适合采用CPLD来替代微控制器,什么时候可以采用CPLD作为微控制器的辅助器件。根据其功能和复杂程度,本白皮书中的例子可以分成三类。第一类是I/O管理,主要针对引脚级应用。第二类是端口管理,重点是器件之间的各种接口。第三类是系统管理,面向使用引脚或者端口来控制系统级功能的应用。

  第一次接触可编程逻辑的设计人员会发现CPLD设计在很多方面和传统的微控制器设计类似。下面简单说明CPLD设计流程:

  1 利用软件开发工具,采用Verilog或者VHDL等高级语言编写设计。

  2 对设计进行仿真,以验证功能是否正确。

  3 验证是否满足资源占用和时序通路等物理要求,将设计“适配”到CPLD中。

  4 对设计进行仿真,以验证时序是否正确。

  5 设计被编程至物理器件中。

  一个主要不同是复杂的在电路仿真器功能,以验证微控制器。然而,一旦理解了可编程技术的细微差别后,微控制器设计人员便能够很好地进行CPLD设计。

  CPLD替代微控制器的实例

  以下部分介绍了CPLD能够有效替代微控制器的某些应用。

  I/O管理

  当考虑是使用CPLD还是微控制器来进行I/O管理时,所需要的I/O数量和类型是两个关键因素。微控制器的好处是体积小而且价格低,当然还有大量的小型低成本微控制器供设计人员选择。然而,如果某一应用需要大量的通用I/O,那么CPLD在成本上通常可以和微控制器相竞争。小型低成本微控制器一般受限于串口,它最多有几个通用I/O引脚。

  设计人员发现,I/O数量较多的微控制器体积也不小,而且价格也昂贵。而另一方面,CPLD趋于有较多的I/O;小外形封装CPLD有50多个I/O是比较常见的。例如,5mm x 5mm封装的Altera® MAX® IIZ EPM240Z CPLD有80个I/O。除了I/O数量优势以外,一般情况下,CPLD要比微控制器更加灵活。除了某些例外,大部分CPLD I/O都能够用于任意目的。

  可编程电平转换

  很多产品都需要使用电压不同的各种逻辑器件。为支持多电压应用,设计人员要经常连接不同电平的器件。而采用微控制器几乎不可能实现这一切,因为微控制器的I/O资源数量有限,一般采用一个电压源工作。而CPLD有大量的I/O,并分成多个块。相应的为每个I/O块分配一个电压源。因此,开发电平转换器只需要将一个块中一种电压的所有I/O分在一起,将相关的电压参考连接到这些I/O所需的电源上(图1)。使用CPLD不但能够很好地完成电平转换,它更大的优势在于和电平转换相结合的可编程功能。例如,如果某一应用需要LCD显示器,但主处理器并不支持这种显示器,而且电平不同,那么可以采用CPLD来实现主处理器和LCD显示器之间的电平转换时序控制功能。

使用MAX IIZ CPLD来进行电平转换

图1. 使用MAX IIZ CPLD来进行电平转换

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关键字:CPLD  微处理器  低功耗  微控制器

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0202/article_958.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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