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采用基于FPGA的SoC进行数字显示系统设计

2012-09-20 18:33:05来源: 21ic 关键字:FPGA  SoC  数字显示
   

    系统级芯片(SoC)可采用现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)两种方式实现。目前业界通常将处理器、逻辑单元和存储器等系统嵌入FPGA中构成灵活的SoC解决方案,本文以Virtex-II系列Platform FPGA为例,说明采用FPGA方案进行数字显示系统设计所具有的灵活、快速和低成本等特性。

系统级芯片(SoC)解决方案被誉为半导体业最重要的发展之一,目前,从数字手机和数字电视等消费类电子产品到高端通信LAN/WAN设备中,这一器件随处可见。过去,为了创建此类嵌入式系统,设计工程师不得不在处理器、逻辑单元和存储器等三种硬件中进行选择,而现在这些器件已合并为单一的SoC解决方案。

SoC面临的挑战

嵌入式系统SoC可采用现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)实现。开发新型SoC器件需要解决的几个关键问题包括:新的设计工具、先进的工艺技术及半导体IP。尽管在技术上十分先进,基于ASIC的SoC产业仍然面临着挑战,甚至会因此难以完全发挥潜力,以下列举其面临的一些问题和挑战:

1. 系统复杂性不断增加,因此更容易引起设计错误和产品延迟,而重新投片则会导致成本上升。

2. 上市时间压力更大。缩短上市时间面临着许多内部及外部压力要求,因为现在的设计方法仍然按照传统ASIC时间进度实施。

3. 产品生命周期更短,对生命周期为半年到一年的产品进行设计复用的要求更强了。

4. 多种业界标准并存。各种新的业界标准不断产生和更新,因此产品难以与业界标准的变化保持同步。

5. 可用于不同产品的设计灵活性较差。

6. 可重配置及现场升级性能缺乏。

现在,基于FPGA的SoC可以解决以前基于ASIC的SoC无法完成的任务和挑战,如现场升级、减少产品上市时间、满足不断出现和更新的标准要求。基于FPGA的SoC设计可用于多种场合,其中从ASIC向FPGA转型中受益最多的应用包括:

1. 通信及网络:网络及无线基础设施。

2. 数据处理:服务器及存储设备。

3. 消费类电子产品:数字机顶盒、数字电视和个人摄像机。

ASIC在器件成本、尺寸和性能上颇具优势;而FPGA则在上市时间、建模时间及升级能力上稍胜一筹,这些是权衡设计中FPGA和ASIC取舍的基本依据。与ASIC相比,FPGA最大的不同在于它采用了大量的晶体管和内部互联来实现编程。由于ASIC所用的晶体管数较少,因此就这一方面而言,ASIC的器件成本通常比FPGA要低。不过,根据摩尔定律所述,FPGA和ASIC在密度、性能及器件成本上的差距正逐渐缩小。如图1所示,芯片内连技术,如采用更多金属层及铜连线,有助于缩小FPGA和ASIC之间的成本、密度及性能差距。此外,在计算基于ASIC或FPGA的SoC成本时,除了生产成本外,设计开发所需的时间和经费也是一项重要的考虑因素。

Xilinx的可编程逻辑器件的发展过程。FPGA最初仅提供简单的逻辑解决方案组合,然后发展为Platforms FPGA,在功能及总成本上均为系统结构设计工程师提供了极大价值。现在,从网络设备到高端消费类器件,FPGA均开始了大批量生产。下面以Platform FPGA方案为例,说明基于FPGA的SoC方案的特点。

Platform FPGA解决方案

Platform FPGA是高性能的SoC解决方案,下面对其特点进行概要介绍。

A. Platform FPGA模型

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关键字:FPGA  SoC  数字显示

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/0920/article_3172.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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