針對微控制器應用的采用FPGA的嵌入式應用
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在選擇微控制器時應考慮哪些因素？本文將主要探討采用FPGA的嵌入式應用。不過，選擇任何微控制器的標準本質(zhì)上都是相同的。設計者需要考慮下列因素：終端產(chǎn)品的成本是多少？實現(xiàn)設計以及存儲控制程序需要多少內(nèi)存？對輸入輸出的要求？對寄存器的要求？如何與其它器件集成？
傳統(tǒng)的MCU已作為一種非定制的特殊應用標準產(chǎn)品(ASSP)上市，每個供應商都提供了不同的功能以實現(xiàn)差異化并迎合市場的各種需求。將FPGA與MCU IP結(jié)合可提供比傳統(tǒng)MCU更加靈活的硬件平臺，并有助于實現(xiàn)前面列出的各項考慮因素。
雖然FPGA比單片MCU昂貴，但其附加的功能(如嵌入式DSP、存儲塊以及靈活的I/O環(huán))可以抵消多個器件的成本；FPGA提供了更加靈活的存儲結(jié)構(gòu)，一旦數(shù)據(jù)和指令需要改變，則用戶可以調(diào)整硬件設計來與之匹配；現(xiàn)代系統(tǒng)中有各種各樣的信號標準和接口協(xié)議，因此對輸入輸出的要求非常嚴格，具有可編程片上緩沖器的FPGA在這個領域具有獨特優(yōu)勢。例如，Lattice MachXO器件可在各種電平下支持單端LVCMOS/LVTTL和差分LVDS/LVPECL。就寄存器和暫存存儲器資源而言，面向FPGA的MCU IP核所提供的靈活性可改變配置以滿足應用的需求；FPGA是解決器件集成問題的理想方案?？删幊滩檎冶?LUT)、寄存器和存儲器提供了額外的集成功能，同時靈活的可編程I/O和專用接口(如雙數(shù)據(jù)速率(DDR))使其與多個器件的握手更加容易。
對于許多微控制器應用來說，F(xiàn)PGA是非常理想的器件，因為其成本相對低廉，包含大量的嵌入式存儲塊，具有足夠的I/O以應對幾乎所有控制器功能，擁有豐富的寄存器，并支持包括LVCMOS、SSTL及差分LVDS信號傳輸在內(nèi)的許多I/O標準。
基于閃存的非易失性FPGA
FPGA的制造工藝有多種，包括一次性編程(反熔絲)、易失性(基于SRAM)，以及使用基于EE或閃存的非易失性工藝。
表1列出了器件密度、封裝類型、可用I/O數(shù)、嵌入式和分布式存儲器，以及PLL和嵌入式DSP塊。例如，基于閃存的FPGA采用130nm和90nm工藝。廣泛的選擇范圍使得找出滿足特殊微控制器應用需求的器件更容易一些。
表1：基于閃存的非易失性FPGA產(chǎn)品
微控制器應用實例
FPGA的靈活性使其適用于許多微控制器應用，以及包含微控制器的更復雜的設計。
圖1：馬達控制應用
像家用電子設備、工業(yè)機器人以及正在增長的新興汽車應用(從GPS、引擎控制到制動系統(tǒng))這些產(chǎn)品都包括圖1、2和3中所示的微控制器。
圖2：導航系統(tǒng)應用
圖3：片上系統(tǒng)應用
在馬達控制應用中，系統(tǒng)發(fā)送和接收來自微控制器的信息，以調(diào)整步進電機的速度和方向。來自系統(tǒng)的輸入告知微控制器增大或減小馬達和控制器的速度，微控制器再依次告知系統(tǒng)馬達的實時速度和方向。
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