以IP平台形式将8051微控制器引入FPGA

文章摘要：事实上，Actel的Core8051 是这种预校验、可配置平台的一部分，该平台名为Platform8051。除了8位Core8051微控制器外，它还包括五个其它IP单元： Core10/100、CoreSDLC、CoreI2C、CoreSPI、和Core16X50。（见附文《Platform8051中的IP核资源》）设计人员可指定这些IP内核的任何配置以实现与众不同的SoC设计，而付出的时间和开支只占开发ASIC所需的一部分。在嵌入式控制应用中，Platform8051内含的元件内核都是常用的外设，因为它们允许设计人员实现诸如传感、控制、监控和通信等关键功能。通过这些预校验单元，设计人员可以方

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　　事实上，Actel的Core8051 是这种预校验、可配置平台的一部分，该平台名为Platform8051。除了8位Core8051微控制器外，它还包括五个其它IP单元： Core10/100、CoreSDLC、CoreI2C、CoreSPI、和Core16X50。（见附文《Platform8051中的IP核资源》）设计人员可指定这些IP内核的任何配置以实现与众不同的SoC设计，而付出的时间和开支只占开发ASIC所需的一部分。

　　在嵌入式控制应用中，Platform8051内含的元件内核都是常用的外设，因为它们允许设计人员实现诸如传感、控制、监控和通信等关键功能。通过这些预校验单元，设计人员可以方便地重新利用IP，而毋须花费时间将相同的内核反复开发和集成于平台中。使用Platform8051，设计小组可以将宝贵的设计和校验时间用于开发增值的应用软件和外设，使得最终产品更具特色。

　　开发环境支持

　　设计人员需要开发工具来创制FPGA和用于8051的应用代码。Actel的Libero设计环境可让设计人员仿真和综合完整的集成RTL，然后在网表级别对设计进行仿真和时序分析，再使用Actel的Designer软件进行布局布线。最后，使用Actel的FlashPRO或Silicon Sculptor编程器对FPGA进行编程。

　　在微控制器编程和调试方面，Actel与First Silicon Solutions (FS2) 和Keil Software两家公司合作。FS2 System Analyzer 的设计支持应用软件的在线调试，使用Actel Core8051微控制器的特殊功能和集成外设。FS2 On-Chip Instrumentation (芯片级在线调试仪；OCI) 的延伸——即专用的“硅钩”——将集成在Core8051 MCU中，让FS2可以提供功能先进和强大的调试工具。来自Keil的 μVision集成开发环境 (IDE) 将项目管理、源代码编辑和程序调试组合成为功能强大的开发环境。μVision 调试器功能强大和全面，允许软件开发人员在PC上全面地对目标程式进行仿真。

图2，Platform8051平台架构。

　　除了软件开发工具外，Actel还提供Platform8051开发套件，如图2所示，使设计人员能够观察Actel内核的工作情况，并迅速和有效地创建和模拟衍生设计。该套件可以大幅减少系统校验时间。它还包括一个可重编程ProASICPLUS FPGA、先前提到在器件上编程的网络服务器设计、网络服务器代码范例、所有相应的电缆、FS2 System Analyzer和 Keil μVision*估软件包，以及可供选择的FlashPRO Lite编程器。

　　影响设计者决策

　　通过平台IP的方式，FPGA的优势显而易见，就像最近设计的模块化无线工业网络，用于高杂讯工厂环境和制造自动化中。设计小组最初想用分立ASSP，但很快发现这方式并不能在获得正确的功能组合同时满足尺寸和功率需求。

　　换句话说，设计人员只可在ASIC和FPGA之间选择。项目成本分析研究显示，对于所预计的模块批量，ASIC和FPGA器件的成本接近；但是FPGA毋需任何NRE投资。因此，设计小组决定采用FPGA方案。

　　当设计小组考虑项目所需的IP时，更加认识到FPGA在成本和上市时间方面具有更大优势。由于FPGA供应商已经拥有项目所需的大多数IP，因此设计小组只需开发少量特别的IP。使用预开发和校验IP能缩短设计周期长达六个月，让设计小组可以更快的速度和更短的时间将产品推向市场。而更短的上市时间可带来实在的财务成果。因为产品占据的市场份额大于预期，所以明显地增加了销售和利润。

　　与此同时，设计小组可以根据较大型用户的应用和特定需求定制模块，并且在毋须替换整个线路板的情况下进行现场产品升级，其中只需要对FPGA进行重新编程。此举能降低用户的整体拥有成本、增加产品的认知价值，并扩大市场需求。

　　工业设计人员所面对的上市时间压力从未如此巨大。不论是设计网络接口、电机控制器、逻辑控制器、通信系统、或任何数以百计的工业应用，FPGA结合种类繁多的可用IP正成为工业设计的优选方案。就上市时间、执行的灵活性及未来的产品过时等因素而言，FPGA较ASSP和ASIC解决方案具有更多优势。此外，因为许多工业应用从未达到大批量，FPGA常较传统的ASIC方案提供更多的成本节省。设计人员能够迅速把功能编程并在应用产品中测试，然后对功能规格的变化进行重新编程，自然对工业工程师别具吸引力。这些特性再结合目前在性能、尺寸和价格方面的进步，可让工业设计人员透过所熟悉的标准迅速将产品推向市场，并使产品在市场的留存时间和获得的销售收入提升至最高。

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