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可编程片上系统

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可编程片上系统  可编程片上系统是一种特殊的嵌入式系统:首先它是片上系统,即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能;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。

最少也包含一个嵌入式处理器内核;

  可能包含部分可编程模拟电路;

  丰富的IP Core资源可供选择;

  足够的片上可编程逻辑资源;

  处理器调试接口和FPGA编程接口;

  具有小容量片内高速RAM资源;

  单芯片、低功耗、微封装。

  可编程片上系统设计技术涵盖了嵌入式系统设计技术的全部内容,除了以处理器和实时多任务操作系统(RTOS)为中心的软件设计技术、以PCB和信号完整性分析为基础的高速电路设计技术以外,可编程片上系统还涉及目前以引起普遍关注的软硬件协同设计技术。由于可编程片上系统的主要逻辑设计是在可编程逻辑器件内部进行,而BGA封装已被广泛应用在微封装领域中,传统的调试设备,如:逻辑分析仪和数字示波器,已很难进行直接测试分析,因此,必将对以仿真技术为基础的软硬件协同设计技术提出更高的要求。同时,新的调试技术也已不断涌现出来,如Xilinx公司的片内逻辑分析仪Chip Scope ILA就是一种价廉物美的片内实时调试工具。

  

可编程片上系统是PLD和ASIC技术融合的结果,目前0.13微米的ASIC产品制造价格仍然相当昂贵,相反,集成了硬核或软核CPU、DSP、存储器、外围I/O及可编程逻辑的可编程片上系统芯片在应用的灵活性和价格上有极大的优势。国内外可编程片上系统技术的研究、应用现状、水平及其发展动态。在对可编程片上系统技术产生的背景、核心技术及其发展方向进行分析的基础上,提出:只有实现了学科的相互交融,可编程片上系统技术才能实现真正的飞跃并获得广泛的应用。因此可编程片上系统被称为“半导体产业的未来”。

可编程片上系统技术主要应用以下三个方向:

  1)基于FPGA嵌入IP硬核的应用。这种可编程片上系统系统是指在FPGA中预先植入处理器。这使得FPGA灵活的硬件设计与处理器的强大软件功能有机地结合在一起,高效地实现可编程片上系统系统。

  2)基于FPGA嵌入IP软核的应用。这种可编程片上系统系统是指在FPGA中植入软核处理器,如:NIOS II核等。用户可以根据设计的要求,利用相应的EDA工具,对NIOS II及其外围设备进行构建,使该嵌入式系统在硬件结构、功能特点、资源占用等方面全面满足用户系统设计的要求。

  3)基于HardCopy技术的应用。这种可编程片上系统系统是指将成功实现于FPGA器件上的可编程片上系统系统通过特定的技术直接向ASIC转化。把大容量FPGA的灵活性和ASIC的市场优势结合起来,实现对于有较大批量要求并对成本敏感的电子产品,避开了直接设计ASIC的困难。



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dolphin    


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