如何用FPGA实现嵌入式系统_技术

如何用FPGA实现嵌入式系统

一、概述

在许多领域中广泛应用的嵌入式计算系统（简称为嵌入式系统），是在更大的电子器件中嵌入的重复完成特定功能的计算系统，它经常不被器件的使用者所识别，但在各种常用的电子器件中能够找到这些嵌入式系统。例如，消费类电子产品中的手机、寻呼机、数字相机、摄像机、录像机、个人数字助理等，家用电器中的微波炉、洗衣机、烤箱、门禁系统、照明系统等，商用装置中的卡片读入器、扫描仪、打印机等。这些嵌入式系统具有几个共同的特性：

1．单一的功能：一个嵌入式系统通常重复地执行一个特定的程序，除非嵌入式系统的程序被新的版本更新，或者由于尺寸的限制几个程序在一个系统中被调进或调出，但即使这些例外也表示系统具有特定的功能。

2．严紧的限制：所有的计算系统在设计时都有许多约束的要求，但是对嵌入式系统的约束特别严紧，诸如成本、尺寸、性能和功耗等设计的限制条件可以评定系统实现的特性，而嵌入式系统还有特别高的设计技术要求。

3．实时的反应：许多嵌入式系统必须连续地对系统环境的变化做出反应，并且无延误地实时计算出确定的结果。

4．软硬件共存：一般嵌入式系统由嵌入式处理器、系统的外围硬件设备、嵌入式 *** 作系统和系统应用软件等四部分组成，是一个以微处理器为核心的数字系统，涉及到硬件和软件两方面的技术，嵌入式系统的微处理器可以是通用处理器或微处理器、单片机或DSP 的专用处理器、单用途处理器等。

由于设计的度量标准是对嵌入式系统实现可测量的特性，嵌入式系统的设计必须构造全部预期功能的实现，但面临的挑战是同时对大量设计的度量标准进行优化。

除去不可回收的工程（NRE）成本外，对设计系统的要求还包括单元成本、尺寸、性能功耗、灵活性、样机时间、上市时间、可维护性、故障率和安全性等。

二、FPGA实现嵌入式系统的优势

从系统对上市时间的要求、可编程的特性以及集成度等方面考虑，以可编程门阵列（FPGA）来实现可配置的嵌入式系统已越来越广泛。图1表示FPGA实现嵌入式系统的市场预测，估计从2002年的23亿美元，将增长到2008年的63亿美元。

图1 FPGA实现嵌入式系统的市场预测

采用90纳米工艺生产FPGA器件之后，FPGA器件进一步降低成本，减少功耗和提高性能，低成本使FPGA成为中小批量生产的应用器件，应用范围从早期的军事、通信系统等扩展到低成本消费电子类等产品。目前在实现嵌入式系统的各个领域得到广泛的应用，并进一步带来设计方法的变化。表1列出主要的FPGA产品在成本、功耗和性能上的改进。

表1 主要FPGA成本、功耗、性能介绍

结构

厂家

低成本

低功耗

高性能

查

找

表

Xillinx

EasyPath：雾任何转换工作，与标准FPGA无本质区别，以专利测试技术用户规定测试模式测试

Spantan3L：利用独特的“冬眠模式”静态功耗Virtex4；节能配置电路和90nm三栅极氧化层技术