降低工業(yè)應用的總體擁有成本

　　對于硬件設計人員，具有嵌入式處理器的FPGA器件的優(yōu)勢是非常明顯的。很多操作系統公司提供全面支持，對功能進(jìn)行改進(jìn)，因此，很多軟件工程師開(kāi)始采用基于FPGA的系統，發(fā)揮其優(yōu)勢，延長(cháng)產(chǎn)品生命周期。硬件和軟件工程師需要進(jìn)行一定的投入來(lái)學(xué)習C程序軟件編程和FPGA設計的VHDL編程。但是，一旦設計人員決定采用FPGA設計方法，FPGA比僅采用MCU和DSP器件的解決方案性?xún)r(jià)比更高，更靈活。

　　對多個(gè)設計進(jìn)行修改

　　以本文使用驅動(dòng)為例，如果從這一基本平臺開(kāi)發(fā)的y產(chǎn)品具有不同的特性，那么，設計團隊必須首先在每塊電路板的x器件上實(shí)現其硬件和軟件，花費t時(shí)間，然后，對這些產(chǎn)品例化硬件和軟件y次，花費t2時(shí)間來(lái)完成多個(gè)產(chǎn)品。這帶來(lái)的成本因素是((x × t) × (y × t2))。設計團隊已經(jīng)知道這一方法并不簡(jiǎn)單，產(chǎn)品無(wú)法迅速面市，不能降低包括開(kāi)發(fā)、改進(jìn)、支持、維護和替換成本等在內的產(chǎn)品生命周期成本。

　　為簡(jiǎn)化這一過(guò)程，設計人員可以利用Cyclone系列體系結構，設計支持多條產(chǎn)品線(xiàn)(SKU)和多種功能的通用硬件平臺(如圖3)。在最初設計基礎上，對于每一后續產(chǎn)品，基于FPGA的產(chǎn)品支持工程師重新配置Cyclone系列FPGA，不需要重制PCB(印制板)，節省了設計團隊數月的工程工作時(shí)間。

　　考慮驅動(dòng)生產(chǎn)商提供支持多種網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的產(chǎn)品這一實(shí)例，例如EtherCAT、PROFINET (RT/IRT)和Modbus/TCP等。MCU/DSP解決方案不僅需要額外的器件來(lái)支持通信通道，而且還需要三塊電路板。對于設計人員，開(kāi)發(fā)或者許可協(xié)議專(zhuān)用MAC IP (如果需要)和協(xié)議專(zhuān)用堆棧，三塊電路板的成本會(huì )高達$300K (每塊電路板$100K)，而且還要考慮相應的軟件開(kāi)發(fā)成本。

　　但是，設計人員可以使用Cyclone或者M(jìn)AX 10 FPGA，在相同的FPGA上集成驅動(dòng)控制和工業(yè)以太網(wǎng)，使用相同的硬件平臺支持多條產(chǎn)品線(xiàn)(SKU)和所需要的功能。在前面提到的實(shí)例中，不需要開(kāi)發(fā)三塊電路板(每一IE協(xié)議標準一塊)，供應商在產(chǎn)品中使用很少的元器件和PCB，節省了$150K到$200K的MCU/DSP開(kāi)發(fā)成本，顯著(zhù)降低了BOM成本。由于減少了PCB電路板設計，生產(chǎn)商也簡(jiǎn)化了與產(chǎn)品存儲和運輸相關(guān)的物流過(guò)程?？紤]到所有開(kāi)發(fā)資源和時(shí)間因素后，FPGA設計方法有助于工程師克服((x × t) × (y × t2))成本問(wèn)題。

　　當設計發(fā)揮了FPGA器件的最大能力后，設計人員可以將設計移植到高密度器件或者重新編譯設計，迅速采用其他的Altera FPGA。從另一角度看，這還是一種快速更新方法，使設計人員能夠集成功能，在電路板上減少甚至不采用MCU、DSP和其他元器件。

　　發(fā)揮較長(cháng)生命周期的優(yōu)勢

　　產(chǎn)品可靠性有利于降低長(cháng)期TCO。而且，與Altera FPGA相比，很多MCU和DSP器件的生命周期要短得多，通常在5到7年范圍內，這是因為它們的供應商會(huì )比Altera更快停止供應成熟器件，如圖4所示。Altera的策略是支持較長(cháng)的產(chǎn)品生命周期，一般能夠達到15年。

　　處理器的支持

　　對于出于性能原因而需要外部主機處理器的應用，設計人員可以采用主流體系結構，例如，Intel^® ATOM™處理器和其他基于PCI Express^® (PCIe^®)的處理器。設計人員可以利用這類(lèi)處理器體系結構強大的軟件回顯系統。他們還可以使用這些處理器提供的高速PCIe接口，與I/O輔助芯片進(jìn)行通信，集成外設和I/O陣列，支持各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議、SATA和其他IP。圖5所示為靈活的Altera FPGA I/O輔助芯片體系結構。