في بعض الأحيان، ومتحكم في حد ذاته يمكن استيعابها تماما عن متطلبات التصميم وظيفية. بالنسبة للغالبية العظمى من تصميم نظام مضمن، والبرمجة الجيدة، درجة عالية من التكامل المعالج جزءا لا يتجزأ من هو الأكثر استخدام فعالة من حيث التكلفة من المهندسين، ومعظم كفاءة في استخدام الطاقة وأسرع حل.
عندما أداء الخام الحرجة، والقبض على منطق معدات مخصصة لتحقيق أقصى قدر من الأداء. على سبيل المثال، يمكن تنفيذ نفس التعاقب المنطقي في مجال البرمجيات من أمر من حجم. منذ منطق منفصلة يستغرق الكثير من الفضاء، والطاقة، وبالتالي مضيفا FPGA هو بديل قابل للتطبيق. في كثير من الحالات، وهو مزيج من FPGA ومتحكم هو حل جيد. عندما متحكم في منطق تنفيذها في FPGA يمكن أن تتحقق حلول أكثر كثافة. كما macroblocks الثابت تلوينها، أو استبدال وتصميم الأسلاك من كل لينة ماكرو جديد، ماصة متحكم FPGA كامل لمنزل لا تنتج فقط أعلى كثافة، ويمكن أن تنتج أكبر قدر من المرونة، وخاصة إذا كان لديك ما يكفي الشجاعة لتعديل الأساسية لتحسين الأداء. هذه المادة يبدو في المدى السريع لالنويات في FPGA القائمة. ويمكن الحصول على هذه من مجموعة متنوعة، بما في ذلك الترخيص المفتوحة والمغلقة وحرة وIP.
أفضل من النسخة الأصلية
يمكنك استخدام العمارة التقليدية والعمارة الملكية، كل العمارة ومزايا. الأساسية التقليدية متوافق مع المعالجات التقليدية، والهندسة المعمارية المألوفة. وقد تم اختبار المنتجات الخاصة بالشركة يمكن استخدام رمز والتحقق منها. عندما كنت في حاجة إلى الجيل المقبل من المنتجات وحتى تحسين النموذج الجديد، رمز قاعدة إعادة استخدام منظمة تنظيما جيدا وموثوق بها يمكن ان يوفر الكثير من الوقت.
وقد حققت العديد من شعبية متنوعة من نواة مثل المعالج وتشمل الأسرة FPGA رقاقة الموافقة المسبقة عن علم، وإنتل 8051، اتميل AVR، موتورولا 6502، وإنتل 8080 وزيلوج Z80 متحكم شكل منطقي الأصلي. وهناك ميزة أخرى أقل وضوحا من أن تكون قادرة على تحسين المباني التهيئة. إذا يسمح الوقت والموارد، يمكننا التغلب على أوجه القصور، لأنه يمكنك تعديل التصميم. على سبيل المثال، تحظى بشعبية كبيرة في البداية بنية إطار منظم 8051، كل التعليمات يتطلب 12 ساعة دورات. قد تعكس تطبيقات التقليدية وظيفة الأصلي الدقيق، أو قد تنفذ أسلوب أكثر حداثة، للحد من عدد من الدورات على مدار الساعة في التعليمات.
ويمكن أيضا تحسين 8051 الأساسية IP أن تستخدم للتنمية عبر منصة. ؟ يمكن استخدامها R8051XC2-BF لالأساسية أسيك أو XILINX وألتيرا FPGA؛ (عيوب التصميم الأصلي) التي بإضافة مؤشر البيانات الثاني واجهة JTAG التصحيح (FIG 1) لتحسين التصميم الأولي.
الشكل 1: جوهر التقليدي للتطبيقات المتاحة تجاريا عادة تحسين تصميم منفصلة الأولي. 8051 يدير الأمر لكل ساعة، وإضافة JTAG والثاني مؤشر البيانات.
على الرغم من أن العديد من تصميم ARM الأساسية الأساسية 8 يمكن استخدامها، ولكن قد تتطلب المزيد من الميزات الحديثة لتبسيط العرض وتجهيز الحافلات. إذا كنت تعمل 24-بت نمط بيانات واسعة، ثم نقل 32-بت واحد هو أكثر فعالية من ثلاث نقل 8 بت.
وربما ARM؟ اللحاء؟، والمثير للدهشة، أصبحت الهندسة المعمارية 32 بت الأكثر شعبية من شعبية ودعم جيدا أبنية FPGA تنفيذها. من وجهة نظر من حيث الحجم واستهلاك الطاقة، ARM اللحاء فعالة جدا. هيكلية متدرجة من أدوات ومستلزمات تطوير العديد منهم دعما جيدا، وكذلك الأجهزة الطرفية، وإدارة الذاكرة والرياضيات ووظائف DSP لفتح شفرة المصدر.
A احسنتم ARM الأساسية أنها لا تنتمي إلى مصنعين FPGA، يمكن تنفيذها على الأجهزة من مختلف الصانعين. وهذا يعني أنه مع تطور تغييرات التصميم أو الاحتياجات، وكنت لا تخوض بائع. فائدة أخرى هي أن العمارة يمكن تمديد من أبسط وأقل وظيفية اللحاء M0 لالراقية جدا متعددة النواة A8 A9 والاسلوب. وبالإضافة إلى ذلك، والسائقين بعد المسار أثبت وكومة يمكن استخدامها للأجهزة الطرفية الراقية، مثل USB، إيثرنت، واي فاي، زيجبي، وتقنية بلوتوث، وهلم جرا.
منتجات XILINX هي مؤيدي كبير من جوهر متحكم جزءا لا يتجزأ، وARM العمارة ليست استثناء. مثل جهاز XC5VLX50-1FFG676C هو XilinxVirtex؟ 5 سلسلة جزء منه، وهو كبير جدا، كثيفة، الراقية FPGA سبيل المثال، يمكن أن تثبيت الكثيف والسريع النظام على رقاقة. 550 ميغاهيرتز جهاز 440 وجود وحدات I / O والمنطق من 46000، ويدعم وظائف ARM الأساسية فحسب، كما يدعم ما يصل إلى 72 بت عرض ذاكرة واسعة، خط الأنابيب، FIFO، ذاكرة المنفذ المزدوج وجود ما يصل إلى 16.4 ميغابت كتل الداخلية من الذاكرة وظائف DSP.
MICROSEMI غير المصنعة FPGA أخرى تقدم الدعم الأساسي ARM، سلسلة ProASIC3 هي التكنولوجيا الهدف ممتازة، مع إعجاب المنخفضة للحد لالراقية المنطق، I / O، ذاكرة الوصول العشوائي والعد بوابة 15000 إلى 3000 ، 000. وخير مثال هو A3PE3000-FGG484 وجود 341 I / O و 516 كيلوبت رقاقة ذاكرة الوصول العشوائي.
عضو ألتيرا وجود قابلة للمقارنة، كما EP3SL50F780C4N، كما أنها تدعم النواة ARM، وتوفير DDR، DDR2، DDR3، ودعم ذاكرة SDRAM أكثر من ذلك، تصل إلى 24 وحدات البنك I / O، 448 I / O (السلسلة ما يصل الى 744). كما Stratix؟ برنامج شركاء III أفراد الأسرة، ويمكن الوصول إلى ألتيرا ألتيرا ميجا وظيفة (AMPP)، للأجهزة الطرفية المتاحة، الأساسية والدعم. كما يدعم ألتيرا مجموعة متنوعة من الملكية الفكرية (الشكل 2)، من خلال وظيفة ألتيرا MegaCore لها.
الشكل 2: الراقية العمارة ARM 32 بت هي جوهر العديد من FPGA شعبية. النسخة ألتيرا يضيف والمتعددة الوظائف التصحيح والتتبع، وتبسيط مثيلات متعددة من نوى المعالج في تصميم FPGA واحد.
نواة الملكية
بالإضافة إلى الصناعة الأساسية متحكم القياسية، وتوفر الشركات المصنعة FPGA أيضا النوى الملكية التي لديها كفاءة المنطق عالية جدا، وسعت إلى مستوى الأداء من 8-32. لا تضيع هذه الموردين الرئيسيين على وظائف غير الضرورية والمنطق الطرفية، قطع منتظم، لتحقيق وحدة المعالجة المعدنية العارية لتوفير FPGA الداخلية الواجهة الأساسية وبرمجة كبيرة خلية المنطق. هذا لا يسمح نواة لتشغيل سريع، ولكن أيضا للحفاظ على ما يكفي الصغيرة لخلق الخاصة بها ثنائي النواة داخل شركة نفط الجنوب، أو حتى ثمانية النواة معالج رباعي النواة.
XILINX تحديد هذا الأساسية الحريق، يمكنك استخدام PicoBlaze وMicroBlaze الذوق في نفس الوقت. PicoBlaze هو بنية RISC 8 بت مع الأداء تصل إلى 240 ميغاهيرتز. وهي مصممة أساسا لعملية التصميم VHDL وتوفير كملفات مصدر VHDL. مرة واحدة تنفذ في XILINX 13 سلسلة مختلفة، وأنها لا تحتاج العناصر الخارجية، تشغيل تماما داخل جزء المضيف.
وتشمل سلسلة الدعم Kinetex-7، Artix-7، Virtex (4،5،6،7، II-برو)) والمتقشف؟ (3 و 6). وتعقد من وجهة نظر الموارد، PicoBlaze هو المتقشف (التورية). 16 وجود بيانات واسعة بايت تسجل للأغراض العامة، برمجة الذاكرة برنامج 1K (التكوين FPGA أثناء التحميل التلقائي) على رقاقة، مع ZERO وتحمل العلم مؤشر بايت على نطاق واسع وحدة المنطق الحسابية (ALU)، 64 حرفا قسم RAM من سجلات الداخلية، والمدخلات والمخرجات 256 الموانئ 256، لتسهيل توسيع وتعزيز. من ناحية أخرى، أن لديها أداء يمكن التنبؤ به، ودائما دورتين على مدار الساعة في التعليم، وتصل إلى 240 ميغاهيرتز (100 MIPS Virtex-4 أو في) FPGA) و 88 ميغاهيرتز (أو في MIPS المتقشف 3 FPGA 44) . XILINX PicoBlaze مجانية للمستخدمين، ويأتي مع المجمع وVHDL شفرة المصدر.
هي الراقية XILINX MicroBlaze. هذا هو 32 بت العمارة RISC هارفارد معالج لينة الأساسية مع سجلات 32 بت 32 للأغراض العامة، ALU الأمثل لتطبيقات جزءا لا يتجزأ من مجموعة التعليمات الغنية، ثلاثة الدعم MMU / MPU.
مرونة الأساسية (الشكل 3) يسمح لك لتحديد خمس مراحل تحسين أداء خط أنابيب، وذلك باستخدام KINETIX-7 سلسلة (على سبيل المثال XC7K70T-1FBG676C) أو نسخة إقليمية الأمثل من 3 مراحل خط أنابيب يمكن أن يحقق ما يصل الى 317 DMIPS في Xintex-7 أو Virtex-6 و 7 سلسلة الأجهزة (مثل XC6VLX130T-1FFG784C) على لا يزال التوصل إلى محترم 264 DMIPS.
الرقم 3: 32 MicroBlaze الأساسية الملكية المشروطة تجميع توجيهات لXILINX FPGA يسمح لك تحتاج إلى إضافة الكتلة، وكنت لا قضاء، وزيادة كثافة كتلة منطقية المخزنة.
يوفر ألتيرا أيضا نواة الملكية يسمى NIOS الآن NIOS II هو الجيل الثاني من النسخة (FIG 4). كما معالج لينة الأكثر استخداما على نطاق واسع في هذه الصناعة، فمن لديه حساسية السلطة ومفتاح أمان (DO-254) في الوقت الحقيقي التوافق الأداء.
الشكل 4: ألتيرا الأساسية من الجيل الثاني المعروف باسم II FPGA NIOS والدعم النوى IP الأكثر استخداما على نطاق واسع، وجلب الكثير من التطوير وقدرات التصحيح.
NIOS خط أنابيب الأساسية الست 600 قد ينفذ كقانون القليلة حدة التحكم منطق والمقاطعة ناقلات ميزة، وسعة الذاكرة DSP من اقتران وثيق، وإضافة تعليمات (حتى 256) أ. فإنه يمكن استخدام وحدة إدارة الذاكرة (MMU)، وتقديم الدعم لينكس جزءا لا يتجزأ من المصادر المفتوحة والإصدارات التجارية المعتمدة.
بديل قابل للتطبيق
وتفاصيل التصميم الخاص بك تقرر ما إذا كان يجب عليك أن تختار وحدات الماكرو الكلي لينة أو صلبة. ماكرو الصعب احتلت موقعا وموارد معينة داخل FPGA، خصائص الكلي الثابت تلوينها ولكن على نحو أفضل، ويمكن تحقيق أداء أفضل.
يمكن ماكرو لينة أيضا تحقيق أداء جيد، وخاصة إذا كنت ما يكفي الشجاعة لتعديل وتحسين، أو موازية لها. كما هو الحال دائما، فإن الممارسات التصميم الجيد تحقيق أفضل النتائج. باختصار، عند الاقتضاء أعلى كثافة ممكنة و / أو الأداء، واختيار الداخلية الناعمة المعالج بدلا من متحكم FPGA التقليدية ودعم الدوائر لجميع الجوانب الممكنة من المرونة والكفاءة والأداء والطاقة والفضاء، هذا هو الحل الأفضل.
