基于FPGA的嵌入式系统设计PPT资料.ppt
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基于FPGA的嵌入式系统设计PPT资料.ppt
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1第二讲:
@#@第二讲:
@#@嵌入式系统设计张小波张小波老师老师10十一月20222nFPGA技术发展趋势综述nIP资源复用与IPCore设计nMicroBlaze软处理器IPCore介绍nSOPC基本特征与设计实现n基于Internet可重构逻辑技术(IRL)10十一月20223FPGA技术发展新趋势
(1)n向密度更高、速度更快、频带更宽的百万门系统级方向发展nXilinxVirtex/-E/IIPro(PPC405、MutiGbit收发器、RoketI/O、部分可重构特性)nAlteraAPEX/Stratixn向低成本、低价格的片上系统方向发展nXilinx的MicroBlaze及SpartanII系列nAltera的Niosn低电压、低功耗和绿色化方向发展10十一月20224FPGA技术发展新趋势
(2)nIPCore得到进一步发展,得到进一步发展,OpenIPCore将会象自由软件一样得到飞速发展将会象自由软件一样得到飞速发展n设计复杂性与知识产权复用nIPCore开发工具和知识产权保护手段不断完善(Xilinx的IPCapture等)nOPENCore计划推波助澜n软IPCore(如MicroBlaze)和硬IPCore(如PPC405)齐头并进10十一月20225FPGA技术发展新趋势(3)nFPGA与与ASIC界限日趋模糊,相互融合界限日趋模糊,相互融合nFPGA嵌入标准单元(如Xilinx的PPC405、MutiGbit收发器等)nASIC嵌入可编程逻辑单元(如Atmel的FPSLIC等)nFPGA的成本不断下降,产品上市周期压力日趋严重,使得FPGA在很多领域将成为ASIC的替代品10十一月20226FPGA技术发展新趋势(4)nSOPC时代即将到来时代即将到来nSOPC:
@#@System-On-a-Programble-ChipnIPCore的不断丰富和完善奠定了的不断丰富和完善奠定了SOPC的基础的基础n先进的百万门级先进的百万门级FPGA开发工具是开发工具是SOPC的主要平台的主要平台n处理器处理器IPCore解决了解决了SOPC的最关键问题的最关键问题n基于基于FPGA的嵌入式系统设计发展方向的嵌入式系统设计发展方向n硬件工程师为主的硬件工程师为主的IPCore开发开发n软件工程师为主的软件工程师为主的RTOS及应用软件开发及应用软件开发n对对软硬件相关标准和协议软硬件相关标准和协议的深入理解和实现的深入理解和实现10十一月20227vIP资源复用与IPCore设计10十一月20228IP资源复用理念nIP资源复用(IPReuse)是指在集成电路设计过程中,通过继承、共享或购买所需的部分或全部智力产权内核(IPCore),进行设计、综合和验证,从而加速流片设计过程的设计方法nIPCore是一种商品,是可编程逻辑器件设计工程师价值体现的主要途径10十一月20229WhyFPGA?
@#@WhyIPCore?
@#@nFPGA设计灵活,设计迭代周期短nFPGA密度提高,适于IPCore开发nFPGA成本降低,相应的EDA工具性价比较高10十一月202210IPCore的表现形式nHDL语言(VHDL或VerilogHDL)n原理图(可移植性差)n网表n符合某种EDA工具的特定格式n如:
@#@Xilinx的IPCapture和CoreGenerator等10十一月202211IPCore的分类SOPC的基本要素n微处理器IPCoren8/16/32/64位,如MicroBlaze、Nois、8051n处理器外设IPCorenSDRAM控制器、LCD控制器、总线控制器等nDSP算法IPCorenFIR滤波器、DES加密、音视频编码和解码等n通信控制器IPCorenMAC、Gbit收发器、CAM、协议转换等n其它类型IPCore10十一月202212IPCore设计:
@#@编码风格n编码风格(CodingStyle)是基于HDL的IPCore源码编写的指导性文档,关系到IPCore的可读性、易于集成性及其质量n编码风格一般包含几个方面的约定:
@#@文件头和版本说明、联机注释、命名规则、可综合编码(UCF)等10十一月202213IPCore验证和开发工具ModelSimActiveHDL10十一月202214vMicroBlaze软处理器IPCore介绍10十一月20221510十一月20221610十一月20221710十一月20221810十一月202219vSOPC的基本特征与设计实现10十一月202220SOPC的双重含义n可编程片上系统(SOPC)是一种特殊的嵌入式微处理器系统:
@#@n首先,它是片上系统(SOC),即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能;@#@n其次,它是可编程系统,具有灵活的设计方式,可裁减、可扩充、可升级,并具备软硬件在系统可编程的功能。
@#@10十一月202221SOPC的基本特征n至少包含一个嵌入式处理器内核n具有小容量片内高速RAM资源n丰富的IPCore资源可供选择n足够的片上可编程逻辑资源n具有处理器调试接口和FPGA编程接口n可能包含部分可编程模拟电路n单芯片、低功耗、微封装10十一月202222WhySOPC?
@#@n降低成本n提高系统整体性能n缩短设计迭代周期n降低硬件系统设计风险n极大程度提高设计灵活性n可重构、可升级10十一月202223SOPC设计技术n以处理器和实时多任务操作系统(RTOS)为中心的嵌入式软件设计技术n以PCB和信号完整性分析为基础的高速电路设计技术n软硬件协同设计技术n新的调试技术:
@#@Xilinx公司的片内逻辑分析仪ChipScopeILA10十一月202224SOPC设计工具10十一月202225v基于Internet可重构逻辑技术10十一月202226IRL的定义nInternetReconfigurableLogicn一种远程系统现场升级、重构、调试、监测的设计方法n基于FPGA技术、嵌入式Internet技术,以及应用背景等各项支撑技术实现nXilinx倡导并提供全面解决方案nFPGA:
@#@Virtex/-E/II/Pro、SpartanII/EnXC18V00系列ISPPROMnPPC405、MicroBlazeMPUIPCorenSoftWare、API10十一月202227IRL基本要素10十一月202228WhyIRL?
@#@n远程系统升级性能提升n远程Bug修复方便维护n远程系统重构尤其是硬件n远程系统监测确保产品测试周期n从而带来以下优势:
@#@$¥n缩短产品上市周期Time-to-marketn降低产品维护成本Lowerbugfixcostn延长产品生命周期Longerlifecyclen提升产品整体性能Higherperformance10十一月202229IRL设计实现(MPUorMCU)10十一月202230IRL设计实现(SOPC)10十一月202231CoreFunctionXCS30XLPricePercentageofDeviceUsedEffectiveFunctionCostUART$5.5017%$.9316-bitRISCProcessor$5.5036%$1.9816-bit,16-tapSymmetricalFIRFilter$5.5027%$1.49Reed-SolomonEncoder$5.506%$0.33PCIInterface$6.5545%$2.95IPCore与ASSP成本比较10十一月202232SOPC提升系统性能
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