FPGA在智能手机设计中的应用

　　简介

　　世界领先的手机制造商们的广告有什么共同点?

　　答：他们几乎从来都不说他们的产品能够打电话——除非是某种视频通话功能。相反，他们承诺你可以与任何人联络，分享你所希望分享的一切。他们标榜有成百上千的应用程序可供您下载。这些应用程序可以做一切的事情，包括帮助你清理地毯，甚至使用星星来导航到一个遥远的地方，并且同时发送一系列 tweet 进行实时更新，与你在世界各地的忠实追随者分享。

　　现在，这一切似乎只是有趣的营销推广，但是如果研究的更深入一些，我们会发觉一个影响着每一位智能手机设计师的更深层次的工程现象。通过添加互联网浏览器，iPhone 创造了一种全新的手机使用模式。瞬间，该手机的移动客户端成为了所有万维网网站必须 24/7 提供的功能。今天，约有 10 万数量的特有功能应用程序开发人员在为各种智能手机服务。这个规模在同行业中是独一无二的，智能手机所带来的众多影响之一就是，快速产生新的需求。例如，游戏开发商叫嚣着需要更大、更好的显示器，或者智能手机的输出可以连接到更大的外部显示器。毕竟，可能比打掉“愤怒的小鸟”中最后一只猪更酷的事，就是在高清大屏幕前当着所有朋友的面打掉它。

　　对智能手机设计师的影响快速响应新的需求使得产品的开发周期变得更短。并且为了满足时间进度的巨大压力，将导致更多地依赖标准芯片——即全功能的应用处理器(片上系统或 SoC)，如Qualcomm Snapdragon 或者 TI 的 OMAP。但是，现在我们有一个矛盾：如应用处理器那样大的芯片需要用两到三年的时间来开发，这意味着任何你今天购买的产品都是两三年前定义的，以目前智能手机的发展速度，这个周期太长了。

　　另一种方式是从应用处理器设计师的角度来看。他们必须用今天的知识，定义明天的芯片。但是，即使他们成功了，一旦新智能手机的应用处理器发布，就会十万个开发人员开始开发一些新的、不同的应用，由此将会产生更多的需求。因此智能手机的设计师们应该做些什么?为了实现设计进度，你必须使用现成的芯片。但是昨天的应用处理器往往不能满足今天的要求。所以，你需要延后您的想法，直到新的应用处理器可以支持你的创意(那时候你的竞争对手也将获得)，或者你需要使用一些别的器件来补充现有应用处理器的功能。

　　应用处理器开发周期空档之间的衔接

　　一个解决办法是使用一个 FPGA。然后，你可以实现你的创意而无需等待。但是，直到最近，这不再是一种好的选择。一般对智能手机而言，FPGA 太大、太昂贵又太耗电了。这是因为传统的 FPGA 是为那些不受限于智能手机通常需要考虑的价格、功耗和空间限制因素的应用而设计的。

　　但是现在，你会发现越来越多的 FPGA 专门针对小尺寸、低价、功耗敏感的消费电子设备——特别是智能手机而设计。这种新的 FPGA，可用作应用处理器的功能补充，实现应用处理器开发周期空档之间的衔接(图 1)。