爱游戏-FPGA实现ARM系统处理的方案

FPGA实现ARM系统处置的方案 时候：2024-12-19 18:27:54 手机看文章

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 面临现今竞争鼓励的市场，嵌入式系统设计人员不能不从头审阅其设计和开辟进程。系统愈来愈复杂，机能、功耗和空间限制也愈来愈年夜，传统的方式已到达了极限。同时，不竭转变的尺度、新呈现的市场和成长趋向都要求设计进程很是矫捷，可以或许积极应对这些转变。设计人员不但需要开辟更复杂的系统，并且还要可以或许敏捷实现新的或衍生设计。 

设计团队有如斯多的需求，是以，增添开辟时候和资本以顺应这些需求是合乎逻辑的，但现实上相反。愈来愈窄的市场窗口要求他们在更短的时候里推出更高级、更矫捷的系统。更麻烦的是，经济身分的限制也迫使良多设计团队缩减范围，而不是增添人员。他们此后要取得成功，要害是采取更高效的手段来敏捷实现功能丰硕的高机能自顺应产物。

呈现了新的解决方案

在市场开辟中有益在设计人员的一面是嵌入式系统的首要平台采取了ARM处置器。仅仅几年前，处置器市场仍是支离破碎，PowerPC、RISC、MIPS和SPARC都在竞争实现更普遍的利用。市场此刻已很是成熟，在嵌入式利用中，良多用户采取了ARM处置器作为现实的尺度（图1）。成果，愈来愈多的呈现了基在ARM的解决方案，从尺度产物到软核ARMIP，直至在可编程逻辑和ASIC中实现的硬核IP等。

图1

即便如斯，通用嵌入式系统也很难知足现代设计需求。多芯片解决方案实现起来相对轻易一些，可是本钱高，缺少设计人员所要求的矫捷性和机能/功耗指标。采取了软核处置器的单芯片解决方案实现起来也相对轻易一些，可是机能有限。另外一方面，ASICSoC具有板上加强ARM内核，功耗和机能表示很是超卓，可是对年夜部门利用而言，因为开辟时候长、不矫捷，和本钱太高档问题，是以面市时候较长。

为提高竞争力，嵌入式系统开辟人员需要一种可以或许帮忙他们开辟独具优势产物的解决方案，很是矫捷，效力也很是高。

基在FPGA的单芯片实现方式具有低本钱和快速面市等长处，是多芯片和ASICSoC很是有吸引力的替换方案。现实上，在曩昔十年中，FPGA内置嵌入式处置器的利用在稳步增加（图2）。可是，其实不是所有基在FPGA的解决方案都可以或许知足今朝刻薄的需求。传统上，利用基在HDL的“软核”ARM来实现基在FPGA的ARM系统。对密度、功耗或机能要求不高的系统，这一方式是可行的，可是纷歧定能知足更复杂系统的要求。对不竭成长的系统，在FPGA平台上连系颠末优化的硬核ARM是很好的解决方案。

图2

因为FPGA供给商在手艺上的前进，市场上呈现了新一类SoC器件，知足了今朝嵌入式系统利用的多种功能需求。基在ARM的SoCFPGA在一个SoC中连系了加强ARM处置器、存储器节制器和外设和可定制FPGA架构。

基在ARM的SoCFPGA（如图3所示）在单片FPGA中慎密连系了颠末优化的“硬核”处置器系统（HPS）模块。HPS包罗双核ARM处置器、多端口存储器节制器和多个外设单位，处置器机能到达4，000DMIPS（Dhrystones2.1基准测试），功耗不到1.8W。这些硬核IP模块提高了机能同时下降了功耗和本钱，削减了对逻辑资本的占用，凸起了产物优势。设计人员可以定制片内FPGA架构，开辟专用逻辑。可编程功能撑持矫捷的通讯尺度和收集和谈。

图3 利用实例：下一代驱动

单芯片方式较着加强了机能，下降了功耗。在驱动系统中，节制环速度是最要害的机能参数。SoCFPGA节制环速度是多芯片解决方案的20倍，从100µs减小到5µs。这意味着显著提高了功能，对应驱动90%的整体运行本钱。在这个例子中，SoC的功耗年夜约比三芯片方案低37%。

图4a图4b

SoCFPGA加强了系统功能，经由过程集成下降了系统总本钱。经由过程在一个芯片中连系三个乃至更多的驱动器，削减了系统所需的材料。在这一例子中，采取SoC也可以或许将电路板面积减小57%。并且，可以或许以更低的本钱实现更多的功能。这一例子中的SoC撑持两个机电，而多芯片方案只撑持一个。与针对每机电来复制多芯片器件设置装备摆设比拟，在一个芯片上撑持两个机电可以或许下降53%的本钱。调剂FPGASoC来撑持更多的机电和集成驱动系统和多种和谈也很轻易。

要害点

采取FPGASoC手艺的设计团队可以或许显著提高效能，加强竞争优势。硬核IP单位实现了最好机能、最低功耗和最高密度，而片内FPGA架构可以或许在设计阶段或在现场敏捷凸起本身优势，加强或定制实现功能。现场可编程平台连系了高度主动化并且供给杰出撑持的设计和软件开辟东西，是以，设计团队可以或许利用商用器件来开辟定制SoC，开辟时候要远远短在ASIC或多芯片器件。终究的设计很是矫捷，可以或许进行更新，可以从头利用，团队可以或许敏捷顺应新市场和尺度的转变和快速成长的工艺节点，保持产物较长的生命周期。

今朝的嵌入式系统利用与传统的设计方式比拟已达到了一个要害点，基在FPGA的SoC将成为可行并且是很有优势的解决方案。借助其壮大的功能，设计人员不单可以或许降服这些难以解决的问题，并且还取得了较着的产物和时面市、价钱/机能、凸起产物特点和长命命产物等优势。

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