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《fpga在嵌入式系統(tǒng)中的應用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在應用文檔-天天文庫。
1、FPGA在嵌入式系統(tǒng)中的應用???????隨著計算與通信的融合以及廣泛的多媒體處理需求，嵌入式系統(tǒng)得到了前所未有的蓬勃發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)是以專用芯片為核心的專用系統(tǒng)，其特點是面向用戶、面向應用、面向產(chǎn)品，軟、硬件量體裁衣，滿足行業(yè)應用個性化的要求，而這也是FPGA器件的特點。因此基于FPGA的可配置嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術以及相應的片上可編程系統(tǒng)（SOPC）解決方案，不僅可融入微處理器技術、數(shù)字信號處理技術、可編程系統(tǒng)級芯片設計和軟硬件協(xié)同設計技術，還能提供了基于嵌入式智能平臺的嵌入式系統(tǒng)的設計方法，還降低了設計難度、縮短了研發(fā)周期，必
2、將成為未來的主流趨勢之一。???????嵌入式系統(tǒng)經(jīng)歷了從單片計算機、工業(yè)控制計算機、集中分布式控制系統(tǒng)，進而發(fā)展到嵌入式智能平臺的幾個發(fā)展階段。從獨立單機使用發(fā)展到聯(lián)網(wǎng)設備。從以模擬電路為主發(fā)展到以數(shù)字電路為主、數(shù)?；旌闲?，進而進入全數(shù)字時代?？偟膩碚f，嵌入式系統(tǒng)向著更高性能、更小體積、更低功耗、更廉價、無處不在的方向發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)朝著基于芯片，特別是片上可編程系統(tǒng)（SOPC）的方向發(fā)展。???????從系統(tǒng)對上市時間的要求、可定制特性以及集成度等方面考慮，F(xiàn)PGA在嵌入式系統(tǒng)中獲得廣泛應用，已經(jīng)從早期的軍事、通
3、信系統(tǒng)等應用擴展到低成本消費電子類等產(chǎn)品中。目前，F(xiàn)PGA在嵌入式系統(tǒng)中主要有3種使用方式：·?狀態(tài)機模式：無外設、無總線結構且無實時操作系統(tǒng)，達到最低的成本，常應用于VGA和LCD控制等，滿足用戶的最基本需求?！?單片機模式：包括一定的外設，可以利用實時操作系統(tǒng)和總線結構，以中等的成本，達到中等的性能，常用于控制和儀表?！ざㄖ魄度肽Ｊ剑焊叨燃蓴U充的外設，實時操作系統(tǒng)和總線結構，可達到高性能，常應用于網(wǎng)絡和無線通信等。???????采用65nm生產(chǎn)工藝之后，F(xiàn)PGA器件處理能力更強，且成本低、功耗少，已取代了相當數(shù)量的中小規(guī)模
4、ASIC器件和處理器，具備開發(fā)片上系統(tǒng)（SOC）的規(guī)模和動態(tài)可編程的能力，在嵌入式應用領域有明顯的優(yōu)勢。???????Xilinx公司的嵌入式開發(fā)資源??????1．解決方案???????Xilinx公司的嵌入式解決方案以3類RISC結構的微處理器為核心，涵蓋了系統(tǒng)硬件設計和軟件調試的各個方面。3類嵌入式內核分別為：PicoBlaze、MicroBlaze和PowerPC，其中PicoBlaze和MicroBlaze是可裁剪的軟核處理器，PowerPC為硬核處理器。???????PicoBlaze是由VHDL語言在早期開發(fā)的小型
5、8位軟處理器內核包，其匯編器是簡單的DOS可執(zhí)行文件KCPSM2.exe，用匯編語言編寫的程序經(jīng)過編譯后放入FPGA的塊RAM存儲區(qū)，匯編器可在3s內編譯完存儲在塊RAM中的程序。???????MicroBlaze采用功能強大的32位流水線RISC結構，包含32個32位通用寄存器和一個可選的32位移位寄存器，時鐘可達150MHz，在Virtex4以及更高系列的平臺上，運行速度可達120DMIPs（DhrystoneMIPS），占用資源不到1000個Slice。???????PowerPC是32位PowerPC嵌入式環(huán)境架構，確定
6、了若干系統(tǒng)參數(shù)，用以保證在應用程序級實現(xiàn)兼容，增加了其設備擴展的靈活性。Xilinx將PowerPC405/440處理器內核整合到Virtex4/5系列芯片中，允許該硬IP核能夠深入到FPGA架構的任何部位，提供高端嵌入式應用的FPGA解決方案。Virtex4以及Virtex5系列的部分芯片中集成了2~4個PowerPC405處理器核。???????目前使用較多的嵌入式內核是MicroBlaze和PowerPC，工作頻率可達到數(shù)百兆赫茲，還添加了新的浮點單元選項，使嵌入式開發(fā)人員可將系統(tǒng)性能提升至軟件仿真速度的百倍以上，非常適合
7、針對網(wǎng)絡、電信、數(shù)據(jù)通信、嵌入式和消費等市場的產(chǎn)品。???????2．開發(fā)工具???????嵌入式開發(fā)套件（EDK）是用于設計嵌入式可編程系統(tǒng)的全面的解決方案，該套件包括了嵌入式軟件工具（PlatformStudio）以及嵌入式IBMPowerPC硬件處理器核和/或XilinxMicroBlaze軟處理器核進行Xilinx平臺FPGA設計時所需的技術文檔和IP。注意：這里嵌入式軟件工具指用來產(chǎn)生、編輯、編譯、鏈接、加載和調試高級編程語言（通常是C或C++）代碼的工具，以便在處理器引擎上執(zhí)行。???????此外，Xilinx公司提
8、供了大量的硬件平臺（即評估板），提供了大量的軟、硬件設計參考，使得設計人員可以快速了解嵌入式系統(tǒng)的基本操作和大量IP核的使用方法，并對其完成評估，以確定最優(yōu)的設計方案。一般來講，最快捷的硬件設計方式是，在設計系統(tǒng)時以相應的評估板為母板，然后對其進行必要的修改。?
