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
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1 概述

　　1.1 FPGA的特点及其发展趋势

( b( f: B% [) T　　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。

7 v- U, q. P- _* _1 q( }0 x　　FPGA的基本结构由以下几个部分构成：
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0 D3 o) K# ?* `0 F　　Ø 可编程逻辑功能模块CLB（Configurable Logic Blocks）

$ D$ {: T; [% X2 t: s  [　　Ø 可编程输入输出模块IOB（Input/Output Blocks）
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　　Ø 可编程内部互连资源PI（Programmable Interconnection）

" @, Y. Z6 N4 C1 M5 ?　　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：

　　Ø 存储器资源（Block RAM和Select RAM）
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7 S3 J5 [& l+ z1 r　　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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) F5 W2 u& X1 R　　Ø 算数运算单元（乘法器、加法器）

　　Ø 特殊功能模块（MAC等硬IP核）

% w: H' z: n3 N2 x9 H1 o  H% m　　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：

  q1 T) |" a, ^& c　　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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; Y5 ^$ I# Q. L) K6 D3 _　　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

. P  B. ^) R% W9 Z7 D  Z　　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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Mhza

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