FPGA開發(fā)�在基于MCU、定�ASIC和體積龐大的�線束來實(shí)�(xiàn)引擎及控制電子的系統(tǒng)方案已發(fā)展至接近其技�(shù)和應(yīng)用極限,汽車工業(yè)正面臨新的設(shè)計挑�(zhàn)。傳�(tǒng)意義�,硬件工程師搭配使用�(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)技�(shù),以及專為嵌入式專家度身定制的編程工�� 然而隨著FPGA速度和價格優(yōu)勢的逐步顯現(xiàn),缺少數(shù)字硬件設(shè)計專長的工程師和科學(xué)家,正試圖利用FPGA,創(chuàng)建個性化解決方案� 針對這一日趨膨脹的利益點(diǎn),廠商們正在創(chuàng)建工具,用于簡化FPGA的編�,并將FPGA技�(shù)�(yōu)勢融入新�(yīng)��
FPGA是Field Programmable Gate Array的縮寫,即現(xiàn)場可編程門陣列,它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基�(chǔ)上�(jìn)一步發(fā)展的�(chǎn)�。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出�(xiàn)�,既解決了定制電路的不足,又克服了原有可編程器件門電路�(shù)有限的缺�(diǎn)�
FPGA是Ross Freema�1985年發(fā)明的,當(dāng)時個FPGA采用2μm工藝,包�64個邏輯模塊和85000個晶體管,門�(shù)量不超過1000�,當(dāng)時他所�(chuàng)造的 FPGA被認(rèn)為是一�(xiàng)不切�(shí)際的技�(shù),他的同事Bill Carter曾說:“這種理念需要很多晶體管,但那時晶體管是非常珍貴的東�。”所以人們認(rèn)為Ross的想法過于脫離現(xiàn)�(shí)。但是Ross�(yù)計:根據(jù)摩爾定律(每18個月晶體管密度翻一翻),晶體管肯定會越來越便宜,因此它必將成為未來不可或缺的技�(shù)。在短短的幾年時間內(nèi),正如Ross所�(yù)言�,出�(xiàn)了數(shù)十億美元的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)市場。但可惜的是,他已經(jīng)無法享受這一派欣欣向榮的景象,Ross Freeman�1989年已�(jīng)與世長辭�,但是它的發(fā)明卻持續(xù)不斷地促�(jìn)電子行業(yè)的�(jìn)步與�(fā)展�
我們知道構(gòu)成數(shù)字邏輯系�(tǒng)最基本的單元是與門、或門、非門�,而門電路是由用二極管、三極管和電阻等元件�(gòu)成的,然后與門、或門、非門又構(gòu)成了各種觸發(fā)器實(shí)�(xiàn)狀�(tài)記憶。FPGA同樣也屬于數(shù)字邏輯電路的一種,也是由最基本的元件構(gòu)成的。一片F(xiàn)PGA可以在內(nèi)部集成上億個門電路,打破了以往使用�(shù)量繁多分立器件實(shí)�(xiàn)電子裝置的歷�,不僅電路面積、成本大大減�,而且可靠性得到了大幅度的提升�
一般來�,F(xiàn)PGA�(nèi)部是由最小的物理邏輯單位LE、布線網(wǎng)�(luò)、輸入輸出模塊與片內(nèi)外設(shè)組成�,而最小物理邏輯單元是指用戶無法修改的、固定的最小單元,�(shè)計者只能將這些單元通過互聯(lián)線將其連接起來,然后實(shí)�(xiàn)特定的功�。一個LE是由觸發(fā)�、LUT與控制邏輯組成的,從而同樣可以實(shí)�(xiàn)組合邏輯和時序邏��
隨著FPGA集成度的不斷增加,其�(nèi)部的片內(nèi)外設(shè)也越來越多,可集成SRAM、Flash、AD、RTC等外�(shè),真正用單芯片方案完成系�(tǒng)�(shè)�,所以我們所理解的FPGA層是一些實(shí)�(shí)在在的門電路�(gòu)成的,然后由門電路�(gòu)成最小的物理邏輯單元,然后再通過布線層將這些最小物理邏輯單元連接成用戶需要的特定功能,我們所需要控制的僅僅是布線層之間的互連開�(guān),這也是我們編程的對象,通過這些開關(guān)來改變功��
FGPA按工藝分主要有SRAM工藝和Flash工藝(工藝是針對它們的編程開關(guān)來說的)兩類,基于SRAM工藝的FPGA的缺�(diǎn)是掉電數(shù)�(jù)會丟失無法保�,所以由FPGA�(gòu)成的系統(tǒng),外部還需要增加一個配置芯片用于保存編程數(shù)�(jù),在系統(tǒng)每次上電時都需要從配置芯片中將配置�(shù)�(jù)流加載到FPGA �,然后才能正常地�(yùn)�,其�(yōu)�(diǎn)是靈活性很�(qiáng)。而基于Flash架構(gòu)的FPGA在掉電后不會丟失�(shù)�(jù),無需配置芯片,上電即可運(yùn)�,其特點(diǎn)非常類似 ASIC,但卻比ASIC更加靈活可以重復(fù)編程。由此可見如果用基于Flash架構(gòu)的FPGA來取代ASIC的話,不僅風(fēng)險大大降�,而且成本也會大幅度地下降�
1.Xilinx FPGA 2.Xilinx CPLD 3.Altera CPLD 4.Altera FPGA 5.LATTICE CPLD 6.LATTICE FPGA
過去汽車電子�(chǎn)品的開發(fā)周期是漫長的,而現(xiàn)在許多汽車制造商�(xiàn)正致力于在更短的時間�(nèi),裝備消�(fèi)者所需的新一代汽車。諸如GPS�(dǎo)航系�(tǒng)和DVD播放�(jī)等設(shè)備的�(chǎn)品生命周期相對較�,因�,產(chǎn)品推向市場的速度非常重要。今�,采用ASIC可能會使開發(fā)周期增加30�,加上掩模成本大幅攀�,使得開支和�(fēng)險也�(jìn)一步提��
與此同時,因?yàn)�?dāng)今的汽車引入了許多標(biāo)�(zhǔn)和技�(shù),使ASIC的應(yīng)用缺乏靈活性,從而增加其被廢棄和延遲�(yīng)用的�(fēng)�。消�(fèi)者還要求享有各種功能選項(xiàng),使得汽車廠商必需以一套元件組合為基礎(chǔ),再根據(jù)不同需求�(jìn)行配�。為了快速實(shí)�(xiàn)這些高度集成和不斷變化的系統(tǒng),能夠使�(chǎn)品快速推向市場的FPGA為汽車廠商帶來了所需的靈活性,可在�(xiàn)場�(jìn)行系�(tǒng)硬件升級,而毋須執(zhí)行昂貴的返工工程和部件更換。所�,F(xiàn)PGA�(xiàn)已應(yīng)用于汽車電子�,范疇從�(shè)計驗(yàn)證到制造和服務(wù)。隨著汽車內(nèi)的空間日益寶貴,可編程邏輯能在小型單芯片方案上集成許多不同功能的特性也顯得極具吸引�
維庫電子�,電子知�,一查百��
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