基于FPGA嵌入式系统

基于FPGA的嵌入式系统探究

[摘要]：嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。本文主要是基于fpga现场可编程门阵列技术，从系统架构、特点等方面介绍了嵌入式系统，希望为其进一步发展打下基础。

[关键词]：fpga芯片嵌入式系统嵌入式微处理器

一、引言

嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上pda、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。

二、嵌入式系统简介

嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于pc中bios的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。

嵌入式系统的硬件部分，包括处理器，微处理器、存储器及外设

器件和i/o端口、图形控制器等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用eprom、eeprom或闪存(flash memory)作为存储介质。软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。

三、嵌入式微处理器

嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器具有以下特点：

对实时和多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度；

具有功能很强的存储区保护功能，这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断；

可扩展的处理器结构，以能迅速地扩展出满足应用的高性能的嵌入式微处理器；

嵌入式微处理器的功耗必须很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，功耗只能为mw甚至μw级。

四、fpga可编程芯片

fpga (field programmable gate array现场可编程门阵列）

fpga是作为专用集成电路（asic）领域中的一种半定制电路而出现的，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

fpga的基本特点主要有：

fpga内部有丰富的触发器和i／o引脚；允许在硬件中实现自定义算法，它拥有精确的时序和同步；快速决策及并行任务同时执行等优点，可以配置为多个独立的并行计算资源；fpga芯片的系统集成度较高，可靠性较强；fpga是asic电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一；fpga采用高速chmos工艺，功耗低，可以与cmos、ttl电平兼容。

目前fpga的品种很多，有xilinx的xc系列、ti公司的tpc系列、altera公司的fiex系列等。

fpga采用了逻辑单元阵列lca（logic cell array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块clb（configurable logic block）、输出输入模块iob（input output block）和内部连线（interconnect）三个部分。

fpga的编程无须专用的fpga编程器，只须用通用的eprom、prom 编程器即可。当需要修改fpga功能时，只需换一片eprom即可。这样，同一片fpga，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，fpga的使用非常灵活。

五、综述

随着手持移动设备和便携式智能设备的发展，嵌入式系统已广泛

应用于数码产品中。本文主要介绍了基于fpga现场可编程门阵列的嵌入式系统，希望为嵌入式系统的发展做出一定的贡献。

参考文献:

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[2]张大波，吴迪，郝军.嵌入式系统原理设计与应用[m].北京：机械工业出版社，2005.

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