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arm嵌入式培訓(xùn)班_在FPGA中植入嵌入式系統(tǒng),
如今,由于可編程器件(如FPGA)容量大、性能高、成本相對較低的特性,這種平衡又在發(fā)生變化,以前硬件設(shè)計(jì)元素(如處理器及其外圍器件和邏輯塊)也可以轉(zhuǎn)移到軟領(lǐng)域(圖1)。因此,在整個(gè)開發(fā)周期內(nèi),靈活性可能更大,更改關(guān)鍵設(shè)計(jì)也更加方便,比如可以更改軟件與硬件實(shí)現(xiàn)之間的功能分區(qū),甚至更改處理器的選擇。
與大量使用分立的現(xiàn)有處理器開發(fā)嵌入式系統(tǒng)相比,目前開發(fā)基于FPGA的處理器應(yīng)用程序的做法仍很少。盡管FPGA已確實(shí)廣泛應(yīng)用于與嵌入式系統(tǒng)處理器密切相關(guān)的外圍邏輯中,但除了可編程設(shè)計(jì)之外,處理器及其重要外圍器件仍保持著導(dǎo)線連接。
圖1:隨著用戶買得起的高性能可編程器件的問世,設(shè)計(jì)工程師可將相當(dāng)部分的硬件設(shè)計(jì)從硬連線平臺轉(zhuǎn)移到“軟”環(huán)境中,從而節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間、簡化電路板設(shè)計(jì)并降低制造成本。
部分原因來自于成本。FPGA的體積大、性能高,盡管能提供一個(gè)處理器的應(yīng)用平臺,但與性能相當(dāng)?shù)姆至CU相比,它也更加昂貴。因此,采用FPGA方案所產(chǎn)生的額外費(fèi)用限制了FPGA方案的應(yīng)用范圍。不過最近,賽靈思Spartan-3系列等器件消除了價(jià)格上的限制,當(dāng)這些器件與合適的基于FPGA的處理器內(nèi)核相結(jié)合時(shí),成本與收益的平衡將被打破。
即使價(jià)格不再是限制FPGA作為主流嵌入式系統(tǒng)平臺的唯一障礙,但仍存在另一個(gè)更難處理的問題,即我們需要改變對可編程邏輯器件的總體看法。我們不能僅僅把它們看成集成邏輯塊的有效方法,而是需要擴(kuò)大視野范圍,重新評估在器件(如FPGA)可重新配置的情況下我們對整個(gè)設(shè)計(jì)過程的看法。
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如果在更大范圍內(nèi)審度與嵌入式設(shè)計(jì)相關(guān)的FPGA現(xiàn)象,線索也許就在于微處理器本身的歷史。微處理器最初用于計(jì)算器,后來用于個(gè)人電腦。當(dāng)器件價(jià)格只占一小部分產(chǎn)品成本時(shí),隨著技術(shù)的進(jìn)步,用戶界面友好的開發(fā)模型開始得到廣泛應(yīng)用(如高級編程語言C語言的應(yīng)用)。
由于軟件具有很好的靈活性和強(qiáng)大功能,所以它們可以創(chuàng)建一種新的設(shè)計(jì)模式,該模式可以自由創(chuàng)建和修改大部分系統(tǒng)功能而無需重新設(shè)計(jì)硬件。采用C語言編寫嵌入式應(yīng)用程序,意味著眾多設(shè)計(jì)工程師可以獲得其強(qiáng)大功能和靈活性,這促使基于處理器的嵌入式設(shè)計(jì)成為電子產(chǎn)品的主流設(shè)計(jì)。
FPGA可以大大增加系統(tǒng)中“軟”器件的數(shù)量,從而具有類似于引發(fā)設(shè)計(jì)革命的潛力。正如前文所述,大型可編程器件現(xiàn)在的價(jià)格使之足以與離散處理器系統(tǒng)競爭。為推動設(shè)計(jì)工程師采用FPGA器件作為嵌入式應(yīng)用平臺,需要一種用戶界面友好的開發(fā)方法。該方法既容易被大多數(shù)工程師理解,又能方便地將處理器、外圍硬件和軟件輕松集成在可編程平臺中。除此之外,一種在板極設(shè)計(jì)過程中集成FPGA設(shè)計(jì)的方法,可以讓用戶輕松應(yīng)對在新的“軟”設(shè)計(jì)模型中發(fā)生的變化。
圖2:嵌入式產(chǎn)品智能包括軟件以及包含在FPGA中的軟連接系統(tǒng)器件,PCB僅成為器件智能連接外部世界的一個(gè)平臺。
但當(dāng)我們把FPGA看作系統(tǒng)平臺時(shí),在HDL領(lǐng)域獲得必需的系統(tǒng)器件(例如處理器與外圍器件),并在寄存器轉(zhuǎn)換級實(shí)現(xiàn)它們的過程十分復(fù)雜。對那些目前還不是FPGA專家的大多數(shù)工程師來說,這是一個(gè)令人生畏的過程。
但是,工程師在板級上開發(fā)同樣復(fù)雜的設(shè)計(jì)系統(tǒng)不會遇到這些困難,因?yàn)樵诎寮壣,系統(tǒng)的復(fù)雜性表現(xiàn)在用來創(chuàng)建設(shè)計(jì)的現(xiàn)有器件上,而工程師只是簡單地使用這些器件,并不需要了解其內(nèi)在復(fù)雜性。
因此,挖掘FPGA作為主流嵌入式系統(tǒng)平臺的潛能,關(guān)鍵就在于提供當(dāng)前板級設(shè)計(jì)與基于FPGA的系統(tǒng)設(shè)計(jì)之間的無縫轉(zhuǎn)換。
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