当你翻开任何智能电子设备(从旧式的电视遥控器到全球定位体系),会发现简直一切的设备都至少选用了一个微操控器(MCU),许多设备里还会有多个微操控器。MCU往往被用于专用的终端产品或设备中,它能够很好地完结特别任务。另一方面,PC的大脑,即微处理器被规划用于完成许多通用的功用。微操控器可用于降低本钱,加固工业和自动化运用,将其嵌入FPGA中时,还能够经过从头编程敏捷改动功用。这种灵敏性使得单个设备可运用于接口规范不同的多个商场。
在挑选微操控器时应考虑哪些要素?本文将首要讨论选用FPGA的嵌入式运用。不过,挑选任何微操控器的规范本质上都是相同的。规划者需求考虑下列要素:终端产品的本钱是多少?完成规划以及存储操控程序需求多少内存?对输入输出的要求?对寄存器的要求?怎么与其它器材集成?
传统的MCU已作为一种非定制的特别运用规范产品(ASSP)上市,每个供给商都供给了不同的功用以完成差异化并投合商场的各种需求。将FPGA与MCU IP结合可供给比传统MCU愈加灵敏的硬件渠道,并有助于完成前面列出的各项考虑要素。
尽管FPGA比单片MCU贵重,但其附加的功用(如嵌入式DSP、存储块以及灵敏的I/O环)能够抵消多个器材的本钱;FPGA供给了愈加灵敏的存储结构,一旦数据和指令需求改动,则用户能够调整硬件规划来与之匹配;现代体系中有各式各样的信号规范和接口协议,因而对输入输出的要求十分严厉,具有可编程片上缓冲器的FPGA在这个范畴具有共同优势。例如,Lattice MachXO器材可在各种电平下支撑单端LVCMOS/LVTTL和差分LVDS/LVPECL。就寄存器和暂存存储器资源而言,面向FPGA的MCU IP核所供给的灵敏性可改动装备以满意运用的需求;FPGA是处理器材集成问题的抱负计划。可编程查找表(LUT)、寄存器和存储器供给了额定的集成功用,一起灵敏的可编程I/O和专用接口(如双数据速率(DDR))使其与多个器材的握手愈加简单。
关于许多微操控器运用来说,FPGA是十分抱负的器材,由于其本钱相对低价,包含很多的嵌入式存储块,具有满意的I/O以应对简直一切操控器功用,具有丰厚的寄存器,并支撑包含LVCMOS、SSTL及差分LVDS信号传输在内的许多I/O规范。
根据闪存的非易失性FPGA
FPGA的制作工艺有多种,包含一次性编程(反熔丝)、易失性(根据SRAM),以及运用根据EE或闪存的非易失性工艺。
表1列出了器材密度、封装类型、可用I/O数、嵌入式和分布式存储器,以及PLL和嵌入式DSP块。例如,根据闪存的FPGA选用130nm和90nm工艺。广泛的挑选规模使得找出满意特别微操控器运用需求的器材更简单一些。
表1:根据闪存的非易失性FPGA产品
微操控器运用实例
FPGA的灵敏性使其适用于许多微操控器运用,以及包含微操控器的更杂乱的规划。
图1:马达操控运用
像家用电子设备、工业机器人以及正在增加的新式轿车运用(从GPS、引擎操控到制动体系)这些产品都包含图1、2和3中所示的微操控器。
图2:导航体系运用
图3:片上体系运用
在马达操控运用中,体系发送和接纳来自微操控器的信息,以调整步进电机的速度和方向。来自体系的输入奉告微操控器增大或减小马达和操控器的速度,微操控器再顺次奉告体系马达的实时速度和方向。