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用作嵌入式处理器定制外围器件的FPGA

来源:电子产品世界?? 2006年01月11日 ?? 收藏0
?????? 数字外围器件可以被定义为一块电路,将信号从外部(相对于处理器而言)脉冲源转换为一种可由处理器进行存取的形式。这种外部脉冲源有可能只是一个机械开关,也可能很复杂,比如一个运行高级通信协议的高速数据链路。

?????? 不管外部信号的形式如何,数据都必须以处理器能够接受的形式来提供。这可以通过一个简单的系统地址/数据总线接口来实现,也可以根据目标系统的所需数据带宽通过某些具有较高速度(或者是专用)的数据链路来实现。

?????? 现场可编程门阵列(FPGA)具有大量的逻辑电路、存储器和布线资源,已经被应用于ASIC原型设计和高端系统开发。此类器件包括多达80000个逻辑元件和容量达数Mbit的片上RAM。这些器件通常包含由可购置的知识产权(IP)内核以及用户定制逻辑器件所构成的复杂功能,旨在实现高速数据通路和数据处理功能。

??????

在较为简单的系统里,FPGA常常被用作一种执行连接逻辑和系统控制功能等较为简单的逻辑功能的工具,为实现电路板上其他功能的集成提供帮助。这些器件具有较少的逻辑和存储器资源,而且总体性能较低。然而,对于某些目标应用来说,它们在成本方面比高性能器件具有优势,而且提供的性能也足以满足要求。如今,想找到一个包含了您的系统所需要的各种外围器件的嵌入式处理器并非难事。因此,是否还需要采用定制的外围器件或接口?处理器未必是您所选择的架构,工作性能也有可能并不符合您的要求,而且在许多场合还存在一些典型的嵌入式处理器无法在片上实现的功能。如果采用的是一个外部外围器件,则它有可能与采用旧式技术的处理器不兼容,而为了编写老式软件,这种处理器又是必须采用的。?

?????? 一个处理器如果拥有多款变种就会带来一个问题:即每款变种都需要进行其独特的掩模组和测试程序的开发。然而,掩模组的制造成本正变得越来越贵,这将使处理器变种型号减少,原因是嵌入式处理器制造商出于降低成本的考虑而努力使其产品库的配置更加合理。?

?????? 高端和低成本FPGA具有专门针对某种特定类型的器件以及特定用途的独特功能组合。当然,由于FPGA是可编程的,而且具有巨大的灵活性,因此对于任何特定的系统而言并不存在"恰好对应"的终端市场。由于存储器要求的缘故,在小型系统中有可能需要采用高端FPGA,而在高性能系统中可能需要使用低成本的器件。如Altera?Stratix系列等高端器件通过采用锁相环(PLL)而把逻辑器件与大量的片上SRAM、专用数字信号处理器(DSP)功能块、众多的高带宽I/O标准以及板载时钟发生电路组合在了一起。 在对从一个复杂的外围器件传送至外部接口的数据进行缓冲处理这一方面,片上SRAM特别有用,这样一来从FPGA至处理器的数据传输就可以与一个外部信号源接收数据的操作异步进行。当采用高速外围器件(尤其是那些运行通信协议的外围器件)时,对于确保带宽要求是最为重要的。

?????? Stratix数字信号处理器件将乘法器和加法器集成在了一起,旨在对信号处理算法的执行提供帮助。在FPGA中采用这些部件可以使处理器不再承担复杂的功能,在处理器上执行这些复杂功能不仅效率较低,而且还有可能降低最终的系统性能。这种运用协同处理器的做法还能够使用SRAM,方法是采用共享数据存储器在异步运行的处理器和信号处理功能元件之间传递数据。?

?????? Stratix?FPGA提供了种类众多的高性能I/O标准,能够以很高的数据速率在FPGA与数据源之间或FPGA与支持一种兼容型接口标准的嵌入式处理器之间进行数据传送。有多款处理器提供了板载Hypertransport和/或? RapidIO接口,这些接口能够通过采用外围FPGA中的一个匹配IP内核的方法来传送数据,这两种接口均可以作为一个来自Altera或其AMPP伙伴公司之一的全参数化IP内核来使用。这便是在嵌入式处理器与外围FPGA之间实现高速数据传送的可行方法。


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