FPGA为什么会成为嵌入式系统设计的主流选择

随着消费电子、物联网等领域的不断发展,用户需求也越来越复杂和多样,因此我们在嵌入式系统设计中必须选择合适的处理器(soc)系统,当然我们也需要考虑成本、功耗、性能、i/o资源等方面,但是随着实践案例的增多fpga越来越成为嵌入式系统设计的主流选择。
xilinx作为可编程逻辑器件(fpga)的行业领导者提供了丰富的器件和简捷的开发工具,下面从以下几方面向大家介绍:
fpga/soc:最早我们都采用的是纯fpga设计,利用fpga的资源实现软核处理器比如microblaze、picoblaze等,现在xilinx推出了zynq soc和zynq ultrascale+ mpsoc系列,它们集成的是硬核处理器(双核arm cortex-a9 cpu或者quad-a53+dual-r5 gpu),这不仅带来了性能、功耗、性价比方面的改进,同时也减小的pcb尺寸;
功耗:xilinx zynq ultrascale+ mpsoc系列在之前纯fpga器件的基础上的确进行了非常大的改进,它支持多种电源模式:full-power模式;low-power模式;sleep模式,dram暂停;power-off模式,提供丰富灵活的电源管理方案,在性能和功耗两者之间灵活的切换;
模拟量处理:早在virtex系列上就集成了adc功能,但是这只限于监测器件内部的模拟量,比如电压、温度等。之后再7系列上集成了两个1msamples/sec@12-bits adc模块,支持内部和外部模拟量的采集,zynq ultrascale+ rfsoc则集成了更高性能的adcs/dacs模块:4gsamples/sec@12 bits adcs / 6.5gsamples/sec@14 bits dacs,可应用于15g、雷达等领域。
安全方面:我们都知道fpga的启动文件时比特流(bitstream)形式,xilinx zynq-7000 soc和zynq ultrascale+ mpsoc都支持加密的比特流,加载到处理器后进行安全解密启动。
开发工具:对于工程师来讲最重要的还是开发工具,好用的开发工具可以事半功倍。与xilinx zynq 7000系列同时推出的vivado工具集成了丰富的功能:ip integrator(ipi)是一款图形化的ip设计插件;hls(high level synthesis,高层次综合)支持工程师使用c/c++语言生成hdl功能代码。此外sdsoc则是一个完整的系统、软件和硬件设计工具,支持完全采用c/c++语言实现嵌入式系统软硬件功能开发,sdaccel则是一款基于opencl开发框架的设计工具。
由此可见fpga/soc供应商已经花费大量的精力来优化器件并且完善开发工具,使它们更易于应用到嵌入式系统设计中,同时我们的学习过程也会比过去更容易,在不远的将来fpga/soc将会获得更广泛的应用。

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