FPGA將可滿足便攜式存儲應(yīng)用的低功耗要求
為了保持“聯(lián)系和聯(lián)絡(luò)”，消費(fèi)者越來越多地依賴于他們的便攜式設(shè)備，其范圍包括了從智能手機(jī)、個(gè)人媒體播放器與數(shù)碼相機(jī)到新興的解決方案，例如筆記本電腦等。目前的手持設(shè)備可為多種應(yīng)用服務(wù)，并提供了各種不同的功能，這轉(zhuǎn)而依賴于終端應(yīng)用的大容量存儲，眾多的功能以及技術(shù)挑戰(zhàn)。
與此同時(shí)，便攜式設(shè)計(jì)師承受著不斷增加的成本和產(chǎn)品上市時(shí)間的壓力，在價(jià)格敏感的消費(fèi)市場中努力提供著新的功能并緊跟上快速變化的標(biāo)準(zhǔn)。問題的復(fù)雜化進(jìn)一步要求在不犧牲電池壽命前提下，提供所有這些功能。
現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)歷來被認(rèn)為是將設(shè)計(jì)推向市場的最佳途徑。然而，由于功耗及成本的考量，該技術(shù)的應(yīng)用范圍已不僅限于原型設(shè)計(jì)。
然而，在過去的幾年里，設(shè)計(jì)進(jìn)步已經(jīng)推動FPGA轉(zhuǎn)向高容量便攜式設(shè)備的設(shè)計(jì)。此外，新興的解決方案正幫助設(shè)計(jì)師降低成本，并增加電池的壽命。舉例來說，基于Flash的FPGA解決方案，消除了與基于SRAM解決方案有關(guān)的大功耗配置存儲器和泄漏電流。
FPGA的靜態(tài)功耗低至5mW,并且有效/動態(tài)功耗低至25mW，其功耗可與定制ASIC和專用處理器相匹敵。此外，其內(nèi)部可編程性使得設(shè)計(jì)人員能夠?qū)崿F(xiàn)基于平臺的設(shè)計(jì)。這讓OEM廠商的工作從單一的基礎(chǔ)平臺和增加或去除某些特性轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足多種價(jià)值點(diǎn)。這一能力有效利用了覆蓋多個(gè)產(chǎn)品型號的硬件和軟件設(shè)計(jì)成本，為便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)師產(chǎn)生了更大的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。
便攜式存儲的現(xiàn)狀
目前，便攜設(shè)備中越來越多的數(shù)字內(nèi)容，增加了對更大存儲能力的需求。因此，便攜式存儲可能會占用電子設(shè)備中大部份的功耗。
從硬盤驅(qū)動器(HDD)到閃存設(shè)備，便攜式儲存應(yīng)用可以利用FPGA來降低成本，提高靈活性并延長電池的壽命。用于運(yùn)行操作系統(tǒng)(OS)和應(yīng)用軟件的應(yīng)用處理器已經(jīng)預(yù)定義了接口，通常難以適應(yīng)瞬息萬變的市場需求。
因此，在關(guān)鍵領(lǐng)域中，F(xiàn)PGA可提供更多想要的靈活性，這包括了存儲器、處理器橋和控制器，以及連接接口。在這些應(yīng)用中，基于Flash的FPGA可以降低功耗，并同時(shí)支持多種存儲器接口標(biāo)準(zhǔn)。
各種存儲解決方案，大致可以分類為閃存器件和HDD，其可以用于目前不斷增長的大量電子設(shè)備中。便攜式產(chǎn)品需要高存儲容量的HDD解決方案，例如視頻錄像機(jī)和攝像機(jī)，將采用這兩種控制器中的一種。前者是一種集成器件電子(IDE)控制器，基于并行或串行ATA標(biāo)準(zhǔn)。后者是消費(fèi)電子ATA(CE-ATA)控制器，這是一種小形狀系數(shù)設(shè)備的共同標(biāo)準(zhǔn)，例如便攜式媒體播放器和手持設(shè)備等。
閃存的使用也有所擴(kuò)大，從而產(chǎn)生了另一套存儲接口。多種存儲卡格式，如安全數(shù)字(SD)和超小與可移動緊湊式閃存卡(CF)解決方案，與NAND閃存控制器一起是用于閃存市場的主要接口。
手持設(shè)備可以使用這些接口的組合或者只需要用于某個(gè)特定應(yīng)用的一種接口。無論哪種方式，半導(dǎo)體解決方案必須提供可以實(shí)現(xiàn)任意數(shù)量接口選擇的靈活性。
應(yīng)用處理器傳統(tǒng)上對某些選定的存儲接口提供支持。但是，手持設(shè)備設(shè)計(jì)的新趨勢是將應(yīng)用處理器與超低功耗FPGA進(jìn)行配對，采用FPGA來提供橋接功能，并擴(kuò)大處理器的存儲接口支持(圖1)。
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存儲器的實(shí)現(xiàn)
實(shí)現(xiàn)存儲系統(tǒng)時(shí)，最重要的是要極為關(guān)注基本架構(gòu)的選擇。首先，將采用哪種處理器？在競爭激烈的便攜產(chǎn)品市場，通常有幾個(gè)領(lǐng)先的候選處理器，設(shè)計(jì)師的選擇通常受到多種因素的影響，從技術(shù)要求，例如性能、尺寸和功率分布，到過去采用特定處理器的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。
因此，設(shè)計(jì)師必須仔細(xì)評估其設(shè)計(jì)目標(biāo)。該設(shè)計(jì)是不是依靠先前的架構(gòu)，因此要求向下兼容？這樣一來，工程師是否可以靈活選擇他們所采用的最有經(jīng)驗(yàn)的處理器？設(shè)計(jì)是否要求低功耗？當(dāng)然，在便攜式應(yīng)用中，處理器的功耗和效率將成為這一決定的關(guān)鍵因素。
