基于FPGA的嵌入式系统设计

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基于FPGA的嵌入式系统设计

1 概述
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/ }$ t, b5 `. M* V( j5 l* V　　1.1 FPGA的特点及其发展趋势
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  L, ~3 l) E1 l' Z! `! J& K2 N　　嵌入式系统是一个面向应用、技术密集、资金密集、高度分散、不可垄断的产业，随着各个领域应用需求的多样化，嵌入式设计技术和芯片技术也经历着一次又一次的革新。虽然ASIC的成本很低，但设计周期长、投入费用高、风险较大，而可编程逻辑器件（Programmable Logical Device）设计灵活、功能强大，尤其是高密度现场可编程逻辑器件（Field Programmable Gate Array）其设计性能已完全能够与ASIC媲美，而且由于FPGA的逐步普及，其性能价格比已足以与ASIC抗衡。因此，FPGA在嵌入式系统设计领域已占据着越来越重要的地位。
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! R" c. I- t# ?: a3 w( l, p) J; x　　FPGA的基本结构由以下几个部分构成：

　　Ø 可编程逻辑功能模块CLB（Configurable Logic Blocks）

　　Ø 可编程输入输出模块IOB（Input/Output Blocks）

　　Ø 可编程内部互连资源PI（Programmable Interconnection）
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　　随着工艺的进步和应用系统需求 ，一般在FPGA中还包含以下可选资源：

% r3 Q% n" c! A  W- k# V　　Ø 存储器资源（Block RAM和Select RAM）
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　　Ø 数字时钟管理单元（分频/倍频、数字延迟）

　　Ø I/O多电平标准兼容（Select I/O）
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　　Ø 算数运算单元（乘法器、加法器）

0 S3 ]# B' O' ?% ]; \# q  L　　Ø 特殊功能模块（MAC等硬IP核）

6 M* s/ f; ^5 h+ y7 e/ K- H2 r' j　　Ø 微处理器（PPC405等硬处理器）

　　以FPGA为核心的PLD产品是近几年集成电路中发展得最快的产品。随着FPGA性能的高速发展和设计人员自身能力的提高，FPGA将进一步扩大可编程芯片的领地，将复杂专用芯片挤向高端和超复杂应用。目前FPGA的发展趋势主要体现在以下几个方面：
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% R/ }. G4 d3 y　　Ø 向更高密度、更大容量的千万门系统级方向迈进
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　　Ø 向低成本、低电压、微功耗、微封装和绿色化发展

　　Ø IP资源复用理念将得到普遍认同并成为主要设计方式
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　　Ø mcu、DSP、MPU等嵌入式处理器IP将成为FPGA应用的核心
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　　随着处理器以IP的形式嵌入到FPGA中，ASIC和FPGA之间的界限将越来越模糊，未来的某些电路版上可能只有这两部分电路：模拟部分（包括电源）和一块FPGA芯片，最多还有一些大容量的存储器。Xilinx等公司最新一代FPGA：Spartan II/E、Virtex II Pro及其相关IP Core的推出，使我们有理由相信，可编程片上系统（System on Programmable Chip）的时代已经离我们不远了。
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