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“千手观音”FPGA让编程器功能更灵活

2015年09月18日 ?? 收藏0
FPGA是一种“半定制”的芯片,其中一个特性就是IO口可编程,这个特性对编程器能与各类封装芯片互连有很大帮助作用。

MCU的管脚功能都是固定的,与外部接口通常使用IO口或者总线连接。普通IO口其实本质就是寄存器,这些寄存器都有一个相应的地址,操作IO口就是操作寄存器;片内外设相对来说,是一个具有特定功能模块,其内部包含多个寄存器控制不同的功能执行,但是这些寄存器也有固定的地址。通过存储器映射的方式,把片内外设和CPU连接起来,组成一个系统。

值得注意的是,这些片内外设对外接口都是连接固定的管脚,如果要对这些外设控制完成特定的功能设计,实质上已经隐含了对这些管脚控制了。比如说,MUC的IIC接口的SCK和SDA分配在99和100脚,那么所有IIC接口的存储芯片都必须与这两个脚连接,如图1所示。

图1 请排好队列
图1 请排好队列

各类需要编程的芯片如果要与MCU连接,就必须与之对应的接口连接,对于复杂脚多的芯片,这对PCB的布局布线有很大的局限性和挑战性。

FPGA就以灵活性见长,可编程IO就是其中的一个重要功能。可编程IO给PCB的设计带来灵活性,可以简化PCB的布局布线,并且在设计的过程中,还可以根据走线的走向更改管脚的连接。另外,在FPGA内部逻辑设计过程中,可以先把功能模块设计与管脚分配两步独立开来,先完成内部逻辑功能之后,再根据实际情况分配管脚。因此,可编程IO给FPGA逻辑设计和PCB设计带来一定的灵活性和独立性,其在这个环节中充当一个“千手观音”的角色,为逻辑设计和PCB设计铺路架桥,如图2所示。

图2 可编程IO示意图
图2 可编程IO示意图

实际FPGA内部并不像图2那么简单,这里只是为了形象说明可编程IO可以使内部逻辑和PCB可以相对独立设计。对于同类接口,不必因为PCB改变而更改时序逻辑,只需要更改引脚分配,大大简化了PCB的布线难度。

FPGA被称为“千手观音”仅仅是数量多、动作灵活吗?他还有更强大的功能,就是内部逻辑可编程。

在最初的电路设计当中,FPGA并没有实际的电路,只有完成了设计之后才有某种特定的功能电路。这种结构含有以下特性:

1、在理想情况下,可以实现多种接口;

2、可以实现精确的时序,兼容更多芯片;

3、资源可重复利用,在某时间段,只需要一个接口逻辑,节省FPGA资源和配置器件的存储空间。

相对地,如果用MCU来实现,则有以下缺点:

1、 如果MCU没有相应的接口,将难以实现与含有该接口的存储芯片通信(可能会用IO模拟);

2、 即使接口相同,由于功能基本固定,面对一些特殊的芯片,将力不从心;

3、 由于输出口线的固定,导致与外部接口的PCB布线无法实现。

被编程的芯片接口种类较多,比如IIC和SPI,如果要MCU同时具备这些接口,口线必定复杂而且速度有限。FPGA无需考虑这个问题,由于其内部逻辑可由设计者来设计,那么编程器可根据接口需要来定制对应的逻辑,省时省力,效率非常高。

在设计过程中灵活使用FPGA这个“千手观音”,让编程器功能更灵活、更高效。


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FPGA? 编程器?

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