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基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(原創(chuàng)） |
| 作者：drogy 欄目：嵌入式系統(tǒng) |
Nexar2004 將加速基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 可編程邏輯技術(shù)目前已經(jīng)能與ASIC（專用集成電路）和ASSP（專用標準產(chǎn)品）爭奪市場，并逐漸呈現(xiàn)出取代ASIC和ASSP的趨勢，這極大程度上是因為FPGA技術(shù)的發(fā)展。FPGA產(chǎn)品在邏輯密度、性能和功能上有了極大的提高，同時器件成本也大幅下降。 70年代人們已經(jīng)開始使用ASIC，但ASIC也帶來一些問題，隨著深亞微米ASIC掩模的成本接近50萬美元，設(shè)計人員不得不重新評估定制的固定邏輯器件高昂的、不可再利用的工程成本。比如要不斷對ASIC進行修正，有的問題需要3~4次的再設(shè)計才能解決，這影響了了上市時間；而且一旦你的產(chǎn)品或技術(shù)需要升級時，又要進行調(diào)整。如果把整個ASIC設(shè)計改變或修訂的話，成本相當于5萬美元。許多產(chǎn)品工程師發(fā)現(xiàn),ASIC只有在產(chǎn)量或銷售達到一定規(guī)模，才能平衡前期的投資。 正是基于這樣的考慮，越來越多的設(shè)計人員開始采用FPGA。FPGA是可重新編程的，在把最初的設(shè)計下載到FPGA之后，如果發(fā)現(xiàn)芯片存在設(shè)計缺陷，即可在幾小時內(nèi)改動設(shè)計和重新編程FPGA，并且不需要額外的經(jīng)費。對于采用FPGA技術(shù)的設(shè)計工程師來講，這是一項極重要的優(yōu)點。 在FPGA越來越被廣泛使用的同時，在設(shè)計中同樣存在著一些問題。目前，市場上占有較大份額的FPGA廠商比如XILINX，ALTERA和Actel等公司，他們都有自己的開發(fā)工具和平臺，像ISE、Quartus等等。在設(shè)計過程中，當用戶從一個廠商的產(chǎn)品轉(zhuǎn)到另一個廠商的產(chǎn)品時，他們需要花大量的時間來學習新的開發(fā)工具，即使改變同一廠商的不同型號的產(chǎn)品，仍需更換開發(fā)平臺才行。所有這些都為我們的設(shè)計帶來了很多的麻煩。 Altium公司的新產(chǎn)品Nexar 2004解決了上述問題，Nexar為在FPGA上實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計提供了一種新的解決方案。它能夠進行FPGA設(shè)計和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。另外，和Nexar一起推出的還有一個開發(fā)板—NanoBoard，NanoBoard以板上可重新配置的FPGA子板為主要特色，通過簡單的插拔FPGA子板，用戶就可以隨意的更換不同廠商或同一廠商不同型號的FPGA產(chǎn)品，而無需改變開發(fā)工具和平臺。目前，Nexar支持的FPGA包括：ALTERA :Cyclone、 StratixTM；XILINX：SpartanIIE、 VirtexTM II、 Spartan III；將要包括Actel ProASICplusTM 。NanoBoard上包含豐富的接口和外圍設(shè)備，如CAN接口，RS232，VGA接口，I2C接口，PS2,小鍵盤，LCD等等，用戶可以根據(jù)需要來進行設(shè)計。最后，將設(shè)計下載到NanoBoard上的FPGA當中進行實際執(zhí)行，從而驗證設(shè)計的正確性。 利用NanoBoard ，F(xiàn)PGA設(shè)計工程師能在很短的時間內(nèi)找到設(shè)計的缺陷，而仿真會花數(shù)日、數(shù)周、甚至數(shù)月的時間才能完成。當在電路中測量FPGA時，邏輯分析儀是關(guān)鍵角色，通過實時測量提供FPGA行為至關(guān)重要的信息。但是隨著FPGA所包容的邏輯量越來越多越來越復雜，需要在板上預留很多測試端口，顯然這是不可能的。Nexar IP 庫中含有大量的虛擬儀器，這些儀器都設(shè)計成IP元件的形式，其中最突出的是邏輯分析儀，在使用時只是在原理圖中將它連接在需要測試的總線上即可，設(shè)計一旦下載到FPGA中，就可以從外部控制虛擬儀器。從而免去了大量的實際連接工作。 除了FPGA以外我們還需要MCU才能完成一個完整的系統(tǒng)級設(shè)計。對于傳統(tǒng)的系統(tǒng)級設(shè)計，F(xiàn)PGA和MCU都是作為分立元件出現(xiàn)的，這使我們對產(chǎn)品進行重新設(shè)計或者是在功能上進行更新時變得十分困難，往往都會面臨著重新制板，從而延誤了產(chǎn)品上市的時間。另外。8位的MCU在國內(nèi)流行了二十幾年，直到現(xiàn)在還有非常廣闊的市場，主要應(yīng)用于工業(yè)控制，汽車電子。白色家電等領(lǐng)域。 利用8位MCU進行設(shè)計也存在很多問題。目前，市場上8位MCU產(chǎn)品包含了40多家供應(yīng)商所提供的近1,300種器件。一套8位開發(fā)工具套件通常包括編譯器與仿真器，價格約4,000美元。一些情況下，工程師可以以很低的價格獲得這種開發(fā)套件，但是很少有免費的編譯器可用，而且?guī)缀跛械?位器件均要求有專用仿真器。通常采用幾種基于單一架構(gòu)的衍生器件就需要使用幾種仿真器。 MCU核的特點是量體裁衣，能夠讓用戶充分發(fā)揮創(chuàng)造力與想象力來開發(fā)他們所需要的應(yīng)用。目前，Nexar包含三種體系架構(gòu)的MCU核，PIC165x，8位RISC ；8051，準哈佛結(jié)構(gòu)；Z80，經(jīng)典馮.諾一曼結(jié)構(gòu)。用戶可以根據(jù)需要擴展核的功能，也可以進行多核的設(shè)計。并且，Nexar集成了Tasking編譯技術(shù)，能夠針對每種MCU核提供相應(yīng)的編譯器。 另外，更先進的應(yīng)用正在推動設(shè)計界從8位處理器向32位過渡。同樣，Nexar也即將支持XILINX的Virtex II pro上32位POWER PC處理器PPC405，以及采用RISC構(gòu)架和哈佛結(jié)構(gòu)的獨立32位指令和數(shù)據(jù)總線的Altium擁有自主知識產(chǎn)權(quán)并完全兼容MIPS R3000的處理器內(nèi)核TSK3000。在軟件無線電等系統(tǒng)設(shè)計中，一般采用“微處理器+協(xié)處理器”結(jié)構(gòu)，處理器一般使用通用DSP，主要完成系統(tǒng)通信和基帶處理等工作；協(xié)處理器用FPGA實現(xiàn)，主要完成同步和預處理等底層算法的運算任務(wù)。利用IP來代替DSP，從而能在一片F(xiàn)PGA內(nèi)部完成整個系統(tǒng)設(shè)計，這樣不僅能簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，還能提高系統(tǒng)的性能。 Altium公司的Nexar2004既能進行FPGA硬件設(shè)計，同時又能進行嵌入式軟件設(shè)計。利用NanoBoard，用戶能夠現(xiàn)場驗證設(shè)計的正確性，在驗證期間，可以利用Nexar庫里自帶的虛擬儀器進行測量，可以利用虛擬邏輯分析儀來獲取設(shè)計中的數(shù)據(jù)以進行分析。這樣，用戶能夠?qū)崿F(xiàn)軟硬件的協(xié)同設(shè)計與調(diào)試，而無需更換設(shè)計工具與平臺。 基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計最終要轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，用戶最終會把設(shè)計運行在產(chǎn)品板上，隨著系統(tǒng)復雜度及FPGA引腳的數(shù)量的增加，使得FPGA到PCB轉(zhuǎn)換的過程中要面臨很多問題。其中之一就是要反復的改變引腳配置才能夠較好的完成板級設(shè)計。Altium公司的另一產(chǎn)品Protel2004就是一個板級的設(shè)計工具，Protel2004和Nexar2004能夠無縫的結(jié)合在一起，在設(shè)計的過程中，能夠?qū)PGA設(shè)計輕松的轉(zhuǎn)換為PCB設(shè)計所需的文件。在進行PCB設(shè)計過程中，系統(tǒng)能夠根據(jù)最佳的布線路徑對FPGA引腳進行自動優(yōu)化，最后將改變后的引腳信息回注到FPGA設(shè)計當中；反之，在FPGA設(shè)計時，能將重新約束好的引腳信息同步到PCB設(shè)計當中。最終能夠使FPGA設(shè)計和PCB設(shè)計保持一致。目前，能夠做到FPGA和PCB設(shè)計完美結(jié)合的EDA開發(fā)廠商寥寥無幾。 Nexar 2004在使用上非常簡單，運用近似于電路板級的設(shè)計方法就能輕松掌握。Nexar2004將會為基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中起到積極的推動作用！ |
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| 作者： highend 于 2005/1/20 14:45:00 發(fā)布：
不可能先進。 一套軟件，不可能包含太多的“商業(yè)軟件”。 FPGA，歷來 “硬件電路技術(shù)含量”相對于“軟件技術(shù)含量”不具備可比性。 而FPGA設(shè)計的軟件，越來越多，越來越商業(yè)化。 所以，樓上所說的軟件，只能是“學習用”! |
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| 3樓： | >>參與討論 |
| 作者： drogy 于 2005/1/20 15:28:00 發(fā)布：
是否可用，實踐是最好的手段 樓上的說法，其實不盡然。 硬件設(shè)計均是由軟件描述固化而來，一個好的軟件從某種層面上而言可以是對用戶而言易學易用且功能符合設(shè)計制造的技術(shù)要求，也可以是小而精在某些功能方面擁有業(yè)界領(lǐng)先的技術(shù)。而不在于是否如樓上所說的。 |
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| 4樓： | >>參與討論 |
| 作者： drogy 于 2005/1/25 14:09:00 發(fā)布：
繼續(xù) 自己頂一下，希望能對此談?wù)勛约旱南敕ā?br> SOPC想必在嵌入式論壇中不是個陌生的字眼，從99年，ALTERA推出NOIS開始，各大fpga原廠商都對此投入了極大的熱情，可能目前一部分還對FPGA高昂的價格耿耿于懷，但是這數(shù)字電路發(fā)展的趨勢。 |
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| 5樓： | >>參與討論 |
| 作者： drogy 于 2005/1/26 13:09:00 發(fā)布：
特別值得一提的事 在Nexar中不僅免費提供了豐富的外圍設(shè)備的IP,現(xiàn)在而且還了針對于MSC51的RTOS,這樣就大大方便了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員對多任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計的可靠性的需求。 |
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| 6樓： | >>參與討論 |
| 作者： drogy 于 2005/2/6 15:21:00 發(fā)布：
在Nexar中可以導入原有邏輯模塊的edif網(wǎng)表文件 在Nexar中可以提供導入原有的邏輯設(shè)計功能，這樣將大大保護原有設(shè)計。 |
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| 7樓： | >>參與討論 |
| 作者： doglove 于 2005/2/15 14:49:00 發(fā)布：
學習了 |
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| 8樓： | >>參與討論 |
| 作者： captainzl 于 2005/6/10 14:00:00 發(fā)布：
完全值得一試 |
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