如何在便携式应用中充分发挥FPGA的优势

文章摘要：为保持“连通和触控”，消费者越来越依赖其便携设备。这些设备包括智能手机、个人媒体播放机、数码照相机以及新出现的电子笔记本等。当今的手持设备有多项功用，基于最终应用，为实现这些功用对存储、特性和技术等方面都提出了挑战。同时，便携式设计师面临更大的上市时间和成本压力，在对价格敏感的消费品市场，他们要竭尽所能奉献新特性并要与迅速发展的标准与时俱进。使问题更棘手的是，在提供全部这些特性的同时还要不牺牲电池寿命。传统上，现场可编程门阵列(FPGA)被认为是使设计尽快上市的最佳载体。但基于功耗和成本方面的考虑，该技术曾仅限用于原型生成。但在过去几年，设计进步业已使FPGA进入大批量便携式设计。另外，新出现

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　　为保持“连通和触控”，消费者越来越依赖其便携设备。这些设备包括智能手机、个人媒体播放机、数码照相机以及新出现的电子笔记本等。当今的手持设备有多项功用，基于最终应用，为实现这些功用对存储、特性和技术等方面都提出了挑战。

　　同时，便携式设计师面临更大的上市时间和成本压力，在对价格敏感的消费品市场，他们要竭尽所能奉献新特性并要与迅速发展的标准与时俱进。使问题更棘手的是，在提供全部这些特性的同时还要不牺牲电池寿命。

　　传统上，现场可编程门阵列(FPGA)被认为是使设计尽快上市的最佳载体。但基于功耗和成本方面的考虑，该技术曾仅限用于原型生成。

　　但在过去几年，设计进步业已使FPGA进入大批量便携式设计。另外，新出现的方案帮助设计师降低了成本并延长了电池使用时间。例如，基于闪存的FPGA方案，就省去了高功耗的配置存储器并没有了基于SRAM方案所产生的漏电流。

　　现已有静态和主动/动态功耗分别低至5mW和25mW的FPGA，该指标媲美定制ASIC和专用处理器的功耗。另外，其天生的可编程能力使设计师可借助基于平台的设计。这使OEM可在单一一个基础平台上根据不同的价格目标来增加或削减特性。使软硬件设计成本分摊到多个产品型号的能力为便携式产品设计师带来更大的规模效益。

　　便携式设备的存储器要求

　　当今便携式设备日益增加的数字内容对存储容量提出了更高要求。因此，在这样一个电子设备中便携式存储器将占功耗的一大部分。

　　在从硬盘到闪存的便携式存储应用中都可借助FPGA来降低成本、增加灵活性并延长电池寿命。运行操作系统和应用软件的应用处理器具有预先设定的接口，从而一般不能适应迅速变化的市场需求。因此，在如下这些领域迫切需要FPGA所提供的灵活性，这些领域包括：存储器、处理器桥、控制器以及连通接口。在这些应用中，基于闪存的FPGA可在支持多种存储器接口标准的同时降低功耗。

　　大体上分为闪存和硬盘的多种存储方案可用在目前日益增多的电子设备中。诸如录像机等需要大容量硬盘方案的便携产品将使用两种控制器中的一种。第一种是基于并行或串行ATA标准的集成设备电子(IDE)控制器。第二种是消费电子ATA(CE-ATA)控制器，它是用于类似便携式媒体播放机和手持产品等小体积设备的公共标准。

　　闪存的应用也在扩展，从而拉动了另一类存储器接口的发展。包括SD以及非常小巧且可移动的CF方案在内的多个存储卡格式(加之NAND闪存控制器)是闪存市场使用的主要接口。

　　根据特定应用，手持设备可能采用这些接口的组合也可能仅采用其中一种接口。无论哪种方式，半导体方案必须提供实施任意数量接口选项的灵活性。

　　过去，应用处理器仅支持一组经过筛选的存储器接口。但，将应用处理器与超低功耗FPGA结合起来使用是手持设计的一个新趋势，其中利用FPGA来提供桥接功能并扩展处理器的存储器接口支持(图1)。

　　存储系统的实现

　　当实现存储系统时，重要的是首先要全力选好基本架构。首要问题是，选用哪款处理器？在竞争激烈的便携市场，通常有几款领先的处理器可供选择。设计师的选择常常受到多个因素的影响，这些因素包括性能、体积、功率和功耗等技术要求及采用那款处理器的早先设计经验等方方面面。

　　因此，设计师必须仔细*估其设计目标。设计是基于以前的架构吗？若是的话，需要与以前兼容吗？工程师有选择他们最熟悉处理器的自由吗？设计要求低功耗吗？当然，在便携式应用中，处理器的功耗和效率将是设计的关键考量。

　　还必须决定选用哪种存储器架构。主要处理器都有哪种接口？是否会更频繁地访问某些(相对其它)存储内容？若在内容访问频率上有别，则两级系统也许是最好选择。为满足应用需要，需快速访问存储器吗？若是，则也许需要一个专门的存储器控制器。系统需自动辩识连接的存储器类型并实时匹合其接口标准吗？重申：外接一个自适应控制器将支持该特性。

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