針對微控制器應用的采用FPGA的嵌入式應用
在選擇微控制器時(shí)應考慮哪些因素?本文將主要探討采用FPGA的嵌入式應用。不過(guò),選擇任何微控制器的標準本質(zhì)上都是相同的。設計者需要考慮下列因素:終端產(chǎn)品的成本是多少?實(shí)現設計以及存儲控制程序需要多少內存?對輸入輸出的要求?對寄存器的要求?如何與其它器件集成?
傳統的MCU已作為一種非定制的特殊應用標準產(chǎn)品(ASSP)上市,每個(gè)供應商都提供了不同的功能以實(shí)現差異化并迎合市場(chǎng)的各種需求。將FPGA與MCU IP結合可提供比傳統MCU更加靈活的硬件平臺,并有助于實(shí)現前面列出的各項考慮因素。
雖然FPGA比單片MCU昂貴,但其附加的功能(如嵌入式DSP、存儲塊以及靈活的I/O環(huán))可以抵消多個(gè)器件的成本;FPGA提供了更加靈活的存儲結構,一旦數據和指令需要改變,則用戶(hù)可以調整硬件設計來(lái)與之匹配;現代系統中有各種各樣的信號標準和接口協(xié)議,因此對輸入輸出的要求非常嚴格,具有可編程片上緩沖器的FPGA在這個(gè)領(lǐng)域具有獨特優(yōu)勢。例如,Lattice MachXO器件可在各種電平下支持單端LVCMOS/LVTTL和差分LVDS/LVPECL。就寄存器和暫存存儲器資源而言,面向FPGA的MCU IP核所提供的靈活性可改變配置以滿(mǎn)足應用的需求;FPGA是解決器件集成問(wèn)題的理想方案??删幊滩檎冶?LUT)、寄存器和存儲器提供了額外的集成功能,同時(shí)靈活的可編程I/O和專(zhuān)用接口(如雙數據速率(DDR))使其與多個(gè)器件的握手更加容易。
對于許多微控制器應用來(lái)說(shuō),FPGA是非常理想的器件,因為其成本相對低廉,包含大量的嵌入式存儲塊,具有足夠的I/O以應對幾乎所有控制器功能,擁有豐富的寄存器,并支持包括LVCMOS、SSTL及差分LVDS信號傳輸在內的許多I/O標準。
基于閃存的非易失性FPGA
FPGA的制造工藝有多種,包括一次性編程(反熔絲)、易失性(基于SRAM),以及使用基于EE或閃存的非易失性工藝。
表1列出了器件密度、封裝類(lèi)型、可用I/O數、嵌入式和分布式存儲器,以及PLL和嵌入式DSP塊。例如,基于閃存的FPGA采用130nm和90nm工藝。廣泛的選擇范圍使得找出滿(mǎn)足特殊微控制器應用需求的器件更容易一些。
表1:基于閃存的非易失性FPGA產(chǎn)品

微控制器應用實(shí)例
FPGA的靈活性使其適用于許多微控制器應用,以及包含微控制器的更復雜的設計。

圖1:馬達控制應用
像家用電子設備、工業(yè)機器人以及正在增長(cháng)的新興汽車(chē)應用(從GPS、引擎控制到制動(dòng)系統)這些產(chǎn)品都包括圖1、2和3中所示的微控制器。

圖2:導航系統應用

圖3:片上系統應用
在馬達控制應用中,系統發(fā)送和接收來(lái)自微控制器的信息,以調整步進(jìn)電機的速度和方向。來(lái)自系統的輸入告知微控制器增大或減小馬達和控制器的速度,微控制器再依次告知系統馬達的實(shí)時(shí)速度和方向。
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