為便攜式系統(tǒng)增加先進外設(shè)
現(xiàn)在,諸如Wi-Fi和微型硬盤技術(shù)在嵌入式領(lǐng)域已被迅速采用,這些應(yīng)用包括基于VoIP(基于IP協(xié)議的語音)手機、智能電話和PDA、媒體播放器和導(dǎo)航助手等便攜式產(chǎn)品。要集成這些先進外設(shè)而又不縮短電池的壽命是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),而這正是新型反熔絲的FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)所關(guān)注的焦點,這種FPGA可以為一個優(yōu)化的架構(gòu)提供有效的智能橋接。
PolarPro系列FPGA是集成了深度休眠待機模式的最新一代產(chǎn)品,可以將功耗降低到10μA以下,這要比基于閃存和SRAM(靜態(tài)隨機存取存儲器)的FPGA分別低了1000或10 000倍,也比QuickLogic公司現(xiàn)有的反熔絲器件改善了25倍左右。重要的是,在待機情況下,由于電路將I/O焊盤與邏輯核隔開,這種優(yōu)勢可以在各種條件下保證功耗節(jié)省水平。這對那些連接到普通活動總線的器件是非常有用的,從而可保證其他地方的流量不會引起FPGA內(nèi)的功率消耗。通常在將一個可編程邏輯器件的I/O三態(tài)(tri-stating)轉(zhuǎn)換為有效的“輸入模式”時就會發(fā)生這種情況;一個三態(tài)引腳上的活動可能激活內(nèi)部節(jié)點,而后它可能需要額外的功率。即使采取隔離或停止系統(tǒng)時鐘等手段都無法保證FPGA仍然處于靜止?fàn)顟B(tài)。它是與系統(tǒng)存儲器總線上的內(nèi)存映射外設(shè)共用的。該總線一直保持有效,因為總線活動可激活FPGA的橋接邏輯,例如地址解碼,等等。圖1是PolarPro FPGA的裸片圖,圖2是器件的功能框圖。
圖1 PolarPro FPGA的裸片圖
圖2 PolarPro FPGA的功能框圖
器件內(nèi)的專門電路可用來以一種有效的方式管理通電和斷電轉(zhuǎn)換。當(dāng)該器件進入其超低功耗模式時,RAM、寄存器值和I/O狀態(tài)全部保持不變。FPGA金屬對金屬(metal to metal)反熔絲技術(shù)可以保證以一種“上電即用”方式在150μs內(nèi)退出這種模式,而且在進入之前保持器件的狀態(tài)。
專用資源
片上存儲器、FIFO(先進先出)控制器和時鐘管理資源可以對連接嵌入式系統(tǒng)處理器和高數(shù)據(jù)吞吐量外設(shè)的新器件進行優(yōu)化。
在這些應(yīng)用中,通�？删幊踢壿嫳仨氝B接不同的時鐘頻率域(clock-frequency domains)。PolarPro架構(gòu)可以解決用許多片上雙端口RAM和FIFO控制器實現(xiàn)這種功能的開銷成本的問題,而以硬連接的標(biāo)準(zhǔn)單元(ASIC)門來實現(xiàn)這種功能。
FPGA可以為所有8Kb RAM提供高達(dá)202Kb的嵌入式存儲器和嵌入式異步FIFO控制器。這些FIFO控制器可以直接定位相鄰的存儲器以優(yōu)化速度,而且包括可編程“近空/近滿(almost empty/almost full)”標(biāo)記。與使用可編程邏輯單元(大約97%)相比,以這種方式嵌入在整個架構(gòu)中的專用FIFO控制器可以顯著減少執(zhí)行這種功能所需的硅片面積,可以用幾乎微不足道的成本提供可保證性能的異步FIFO。
如果需要更多的存儲器來緩沖數(shù)據(jù),新型FPGA還有另一個單元——專用DDR2(雙數(shù)據(jù)傳輸速率)接口,有助于以同樣高速和低成本的存儲器件深度嵌入到最新型PC和便攜式計算機等系統(tǒng)應(yīng)用中。另外,這個功能還可以用專用電路來實現(xiàn),它正好緊挨著I/O引腳,有助于實現(xiàn)最高的性能和最小的硅片面積。
進一步的嵌入功能有助于開發(fā)人員以片上可配置時鐘管理器的形式與時鐘域進行橋接。這些電路集成了一個鎖相環(huán)和一個可編程延遲線,以補償器件內(nèi)部和/或系統(tǒng)級的互連延遲,將FPGA用戶經(jīng)常遇到的復(fù)雜的調(diào)試和驗證問題簡化為只設(shè)置一個可編程參數(shù)。
智能的總線對總線橋接
