以智能型混合信号FPGA开发真正符合需求的系统

2010-05-24 22:37:03来源: 今日电子 关键字:FPGA  混合信号  嵌入式

  单芯片系统对嵌入式系统设计师来说,往往会随着其面对的不同的系统设计而各有不同。例如,在庞大的娱乐或通信消费产品市场中,SoC意味着一颗具有数百万逻辑门的集成电路(IC),其中包含许多大型定制逻辑模块,并有将芯片的数字处理性能与外部世界连接的混合信号功能。在现实世界中,能够支持这样大规模的SoC开发的项目数量非常有限。

  要实现能够将所有重要功能集成在单一器件的设计理由很简单,因为这样就能将材料成本、部件库存及电路板面积减至最低。另外,相较于多芯片解决方案,单芯片方案的功耗也较低,同时也有助于提高对知识产权的保护。如果一项设计功能的精髓能够深植于单一芯片上,将会大大增加第三方取得这项设计的困难度。

  单芯片梦想

  对大部分的设计团队来说,这样的SoC目标仍然是一个梦想。能够大量生产以支持一个完全定制化混合信号芯片开发的产品仍然是少数。绝大部分的产品都是采用专用标准产品(ASSP)或微控制器作为其解决方案的核心。在这样的情况下,想要找到一个能够完全符合项目需求的器件通常是一大难题。就定义来看,ASSP能够为某一特定应用领域的设计问题提供一种解决方案,但是这样的典型解决方案不可能完全符合真实世界中的项目需求。结果,通常是采用性能和参数超过需求的器件,或开发附加电路以弥补标准产品与实际需求之间的落差。此外,ASSP的灵活度不高,一旦选用了某颗IC,它的功能往往会限制产品后续的设计进展。

  大部分的常用解决方案都不免会以微控制器(MCU)为基础。虽然其软件可编程性可提供不错的灵活度,但是很少有MCU能提供与典型嵌入式设计需求完全相符的功能。大部分这类的设计都会在MCU之外另加入不同形式的可编程逻辑(FPGA或CPLD),以增加硬件中的逻辑功能。尽管现今市场上有各种带有不同外设的MCU可供选用,但是绝大多数的嵌入式系统电路板上都没有提供各种作为信号调节和I/O连接用途的模拟器件。

  混合信号FPGA

  爱特过去一直在通过提供Fusion混合信号FPGA,为上述设计提供解决方案。Fusion混合信号FPGA在单一器件上结合了高密度可编程逻辑和可配置模拟电路功能,另外还包括大容量的闪存模块、完整的时钟生成、管理电路以及在FPGA逻辑中嵌入微控制器软核等设计选项。

  SmartFusion混合信号FPGA将高密度、基于闪存的FPGA、一个具完整外设组合的ARM Cortex -M3微控制器内核,以及高效可编程模拟功能全部都集成在一颗单芯片上。

SmartFusion混合信号FPGA结构

图1 SmartFusion混合信号FPGA结构

  ARM Cortex-M3处理器已不需要太多介绍。在SmartFusion芯片中,Cortex-M3处理器是个100MHz(125 DMIPS)器件,拥有最高容量为512KB的闪存和128KB的SRAM。在此系列FPGA中,处理器是一个硬核,这代表它是以最小面积来实现的,可带来多项好处。它的效能足以执行复杂算法,像精密电机控制、数个电机的多轴控制等。此外,在诸如系统管理等应用中,它能执行所有的电压监测、排序、风扇控制,以及相关的系统基本运作,同时还具备充裕的能力来执行更高级、用户应用级别的任务。

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关键字:FPGA  混合信号  嵌入式

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0524/article_1152.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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