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標(biāo)題: 如何將MCU與FPGA進(jìn)行配對(duì)達(dá)到提高系統(tǒng)效率的目的？ [打印本頁(yè)]

作者: 宇芯電子 時(shí)間: 2021-3-2 16:33
標(biāo)題: 如何將MCU與FPGA進(jìn)行配對(duì)達(dá)到提高系統(tǒng)效率的目的？
FPGA已經(jīng)變得如此具有成本效益，因此它們?cè)絹?lái)越多地與mcu結(jié)合使用，以提高整體系統(tǒng)效率。用途包括在的電路板空間中添加額外的功能，為復(fù)雜算法的前端添加節(jié)能處理，聚合多個(gè)外部設(shè)備以卸載高性能MCU或作為使現(xiàn)有設(shè)計(jì)適應(yīng)新的所需的“粘合”邏輯在接口要求方面，F(xiàn)PGA提供了標(biāo)準(zhǔn)MCU中常常缺乏的額外靈活性。本文將快速回顧一些的應(yīng)用，其中FPGA和MCU“配對(duì)”，以展示如何通過(guò)降低功耗，減小電路板空間，提高處理性能或接口靈活性來(lái)提高系統(tǒng)效率，從而顯著改善您的下一個(gè)設(shè)計(jì)。

FPGA作為MCU配套器件
您為設(shè)計(jì)選擇的MCU多久沒(méi)有完全具備您需要的所有接口通道？或許您對(duì)MCU的初始選擇非常合適，但是出現(xiàn)了新的要求，因?yàn)槟目蛻粜枰獮槠湓O(shè)計(jì)添加一些額外的接口。您可能可以使用更復(fù)雜的MCU，但這可能會(huì)增加顯著的電路板空間（因?yàn)樗鼉H在高引腳數(shù)封裝中可用），功率增加（因?yàn)樗荒芴峁┍饶嬲枰母嚅W存和SRAM）或者更高的成本（出于上述兩個(gè)原因）。

解決這個(gè)難題的一種方法是通過(guò)在MCU旁邊添加FPGA來(lái)規(guī)劃對(duì)額外接口的需求。FPGA可以輕松提供額外的接口，只需提供您需要的接口，同時(shí)限制電路板空間，成本和功耗的增加。實(shí)際上與使用更復(fù)雜的MCU的選項(xiàng)相比，通常會(huì)減少電路板空間，降低成本并降低功耗。

例如超低功耗FPGA可在極小的2.078 mm×2.078 mm電路板占板面積內(nèi)提供多達(dá)26個(gè)信號(hào)IO，并且由于這些器件是通過(guò)片上NVM配置的，您不需要額外的電路板空間用于配置設(shè)備。這些FPGA還有兩個(gè)專(zhuān)用的I2C接口和兩個(gè)專(zhuān)用SPI接口，具有大量可配置邏輯，可以根據(jù)應(yīng)用需要添加更多接口（直到用完引腳）。

該器件還具有高達(dá)80kbits的嵌入式Block RAM，可用于接口FIFO和緩沖器，因此MCU可以等待整個(gè)數(shù)據(jù)包準(zhǔn)備好進(jìn)行處理。在將數(shù)據(jù)發(fā)送到MCU之前，DSP模塊還可用于對(duì)原始傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行低級(jí)數(shù)據(jù)處理，作為預(yù)處理步驟。當(dāng)FPGA可以在中斷MCU之前智能地聚合數(shù)據(jù)時(shí)，可以大幅降低MCU功耗。

快速響應(yīng)FPGA接口請(qǐng)求
使用FPGA配套器件時(shí)，快速響應(yīng)FPGA的服務(wù)請(qǐng)求非常重要。例如音頻接口可能需要具有比傳感器數(shù)據(jù)更高的優(yōu)先級(jí)訪問(wèn)權(quán)，因?yàn)楸仨毐苊庖纛l數(shù)據(jù)中的“停頓”或者用戶體驗(yàn)可能顯著降低。通常能夠支持各種中斷優(yōu)先級(jí)有助于提高FPGA伙伴的實(shí)用性，并進(jìn)一步提高整體系統(tǒng)性能和功效。

有效使用DMA還有助于進(jìn)一步卸載MCU并提高效率。例如FPGA可能首先緩沖預(yù)處理原始數(shù)據(jù)的完整數(shù)據(jù)包，以減小需要存儲(chǔ)和傳輸?shù)南⒌拇笮�。FPGA可以中斷MCU并啟動(dòng)DMA傳輸，將整個(gè)消息移動(dòng)到MCU存儲(chǔ)器中。一旦DMA傳輸完成并且整個(gè)消息準(zhǔn)備好進(jìn)行處理，就可以中斷CPU并開(kāi)始對(duì)消息進(jìn)行處理。

例如32位MCU有一個(gè)DMA控制器和一個(gè)中斷控制器，兩者都是可編程優(yōu)先級(jí)。中斷控制器在右側(cè)有一個(gè)優(yōu)先級(jí)塊，它為CPU產(chǎn)生中斷級(jí)。優(yōu)先級(jí)塊選擇具有優(yōu)先級(jí)的中斷，由與每個(gè)中斷源相關(guān)的中斷優(yōu)先級(jí)寄存器（IPRn）中的中斷級(jí)別字段定義。因此可以在I2C端口上為較高優(yōu)先級(jí)的源（例如實(shí)時(shí)音頻接口）分配比低頻傳感器更高的優(yōu)先級(jí)，以保證更快的處理。

作者: liuqi99168 時(shí)間: 2021-6-18 09:50
FPGA我們已經(jīng)進(jìn)步很大，應(yīng)用面很廣

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