1 导言
微控制器在轿车和消费类商场上得到了广泛运用，能够以相对较低的本钱完结体系高度集成。但是，这类产品也有潜在的本钱问题。例如，假如元件功用不符合要求，就有必要选用外部逻辑、软件或许其他集成器材来进行扩展。并且，跟着终究商场需求的敏捷改变，微控制器会很快过期。许多具有必定数量专用接口的特别功用微控制器在经过短期试用后，并不能彻底满意商场需求。因而，体系供货商不得不从头规划硬件和软件，乃至在某些状况下对处理器内核进行改动。
2 ASSP微控制器面对的两难
传统微控制器出产商面对影响整个商场的两难问题。微控制器是专用产品，因而，对每一种运用，有必要选用新的、不同特性的微控制器。为了能够以一种微控制器内核结构来应对更宽广的商场，出产商供给系列微控制器，其类型接口和功用各不相同。这些混合特性在许多时分并不能彻底满意用户需求，因而，为了扩展客户群，有必要环绕详细内核结构开发新的接口和功用。
选用老技能以较低的出产本钱来完结微控制器时，这种战略十分成功。但是，现在为进步体系集成而选用了最新的工艺技能，这样，开发新式微控制器的本钱大大增加了。只要很少的客户有很大的产值需求，这表明专门针对一个客户来出产这类专用器材并不是可行的商业行为。为此，新式微控制器趋向于标准产品而不是专用器材，以越来越多的功用，招引整个商场。虽然这些附加特性使微控制器功用更强，但也大大进步了本钱，使其更难运用于对本钱灵敏的商场，例如轿车和消费类职业。假如不从根本上着眼芯片功用，则很难处理这个问题。
3 灵敏的微控制器处理计划
对该问题的处理计划之一是选用FPGA来灵敏地完结芯片功用。这些器材大大缩短了工程开发时刻，下降了芯片屡次试制的本钱，是微控制器有力的代替计划。在规划过程中，FPGA不像微控制器那样会漏掉某些特性，它能够编程，并能依据需求进行改写，快速完结原型开发，更敏捷地将产品推向商场。假如需求改变，即便器材现已运用到产品中，还能够在现场对其进行更新。
轿车体系图画控制器运用便是FPGA优于传统控制器的一个比如。虽然轿车商场需求低本钱FPGA来完结图画等各种功用，但要选用许多的芯片，因而，在可编程器件中完结杂乱功用的本钱太高。
灵敏的微控制器不光性价比好，并且十分切合用户需求。其性价比之所以好，是因为选用了90nm结构化ASIC——如Altera HardCopy器材作为根本芯片，其功用在许多经过预界说和灵敏的构建模块库中进行挑选，能够针对客户需求进行定制。在开发过程中，HardCopy结构化ASIC与传统的微控制器不同，它支撑从原型FPGA到微控制器的无缝移植。CPU和总线体系结构都是灵敏的微控制器计划所独有的，能够针对专门的客户运用，以适宜的功用和特性映射到规划中。HardCopy系列的长处包含：
3.1 芯片
比FPGA快50%
内核功耗比FPGA低70%
管芯小60%至85%软件
一致的FPGA和HardCopy规划环境
功耗和功用管理东西
价格低廉，运用方便封装
与FPGA引脚至引脚兼容
低本钱产品封装
不需求重制电路板
3.2 RISC CPU
这一计划中运用的CPU是Altera Nios II嵌入式处理器，与一般状况不同，它并不固定在预订的芯片中，而是运用实践东西，依据体系体系结构的要求而主动生成，和整个电路需求的其他逻辑一同装入FPGA中。这样，能够依据专门运用，运用Altera的SOPC Builder东西对处理器内 核进行参数化设置，以占用最少的逻辑，完结最适宜的功用。
Nios II处理器选用标准RISC体系结构，具有独自的地址总线和数据总线，都是32位宽。两种总线经过独自的缓冲进行作业，还能够在总线体系中进一步分隔。终究，由体系规划人员确认代码和数据是运用不同的存储器，仍是放在同享存储器中。Nios II处理器含有每一处理器的大部分功用单元，设置决议其特性。例如，能够依据要求来挑选硬件乘法器、桶形移位寄存器和硬件除法器。指令和数据缓冲也是如此，其容量巨细能够调整，也能够彻底不必。
4 总线体系结构
传统上，微控制器一向选用单总线，由裁定器对总线监控，分配资源。这对总线而言十分晦气，作为体系的中心资源，很快就成为瓶颈。因而，较新的体系选用了多层总线，特别是多条总线并行作业的SoC。Altera的Avalon总线结构作业原理类似，不同之处在于——其他多层总线中，层数都是固定不变的，而Avalon能够自由挑选所需求的层数。
考虑到EMC和功耗问题，有时能够选用与体系其他部分运转速率不同的外围模块。当以更高的速率运转存储器接口，拜访时刻相对较短，而体系其他部分运转在较低时钟速率时，这种办法比较适用。还能够将许多低时钟速率模块整合到一同。为满意EMC或许功耗要求，运用SOPC Builder能够轻松地将这些单元与其他运转速率很高的体系分隔。这样能够主动生成同步不同时钟域所需的逻辑，而规划人员只需指定哪些模块运转在给定的时钟域上即可。
图1 轿车信息文娱渠道
5 在FPGA中完结微控制器
因为这类体系要比简略的图画控制器杂乱得多，在大多数状况下，FPGA被用作原型开发东西。选用FPGA作为原型大大下降了开发危险，它能够进行全面的验证、固件开发和现场测验。
运用FPGA进行原型开发意味着工程师能够在体系运转器材，在实在的环境中进行测验。这样，工程师能够确认仿真过程中难以发现的潜在规划缺点。
软件开发现已是整个开发周期中的首要部分。软件开 发需求许多的时刻和资源，因而，原型体系能够减缩整个开 发周期，发现瑕疵和兼容性问题。
对体系进行现场测验有利于发现体系和器材缺点，而这在实验室中却难以完结。在许多状况下，出售人员为取得订单而有必要进行体系演示。关于开始的标准，还需求参加某些新特性和功用。不论是曾经没有发现的问题仍是新参加的特性，FPGA原型开发都能够敏捷进行修正，下降较大的一次性工程本钱，令出产周期缩短。
图2 灵敏的轿车微控制器处理计划
灵敏的微控制器处理计划中的终究单元是进行ASIC的开发。树立并测验原型体系后，将规划交给Altera，转为HardCopy结构化ASIC。与其他的结构化ASIC不同，HardCopy器材运用和FPGA原型相同的 构建模块，因而，不必从头对规划进行归纳，或许进行更多的验证。运用HardCopy器材的周转时刻较短，规划人员能够很快地完结FPGA逻辑，尽可能地下降本钱。
6 定论
下一代轿车电子体系需求选用十分专业的低本钱器材，以满意商场需求。考虑到现在工艺技能开发本钱的攀升，选用传统微控制器有些不切实践，而针对较大商场规模的多功用器材价格昂贵，也不适合。相反，灵敏的微控制器计划针对详细运用开发适宜的微控制器，在FPGA中完结原型开发。规划完结后，乃至是在规划过程中就能够当即进行验证、软件开发和现场测验。关于批量出产，FPGA规划直接映射到HardCopy结构化ASIC，而不必从头归纳或再次验证。
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