FPGA

全新ForgeFPGA™产品家族提供易用、免费下载且免授权费的软件支持

瑞萨电子集团(TSE:6723)今日宣布,推出全新超低成本、超低功耗现场可编程门阵列(FPGA)产品家族。ForgeFPGA™产品家族将满足市场对相对少量可编程逻辑的需求,从而快速有效地将设计用于成本敏感的应用中。该产品的推出标志着瑞萨正式进入FPGA领域。

“瑞萨电子推出具有超低功耗、低成本的FPGA产品家族,

ForgeFPGA与其它替代方案(包括非FPGA在内)相比,将极大节省成本——借助高集成度,产品可降低整个电路板和系统成本,预计批量单价将远低于0.50美元,可用于曾因成本限制而无法使用FPGA的应用,如大批量的消费及物联网等应用。

ForgeFPGA产品将服务于需要低于5,000逻辑门的应用,其初始器件尺寸为1K和2K查找表(LUT)。首批产品待机功率预计低于20μA,约为竞争对手产品功耗的一半。用户将能够免费下载开发软件,且无需支付授权费。该软件提供两种开发模式,以适应新老FPGA开发人员的需求:即使用基于原理图捕获开发流程的“宏单元模式”,以及为资深FPGA设计师带来熟悉Verilog环境的“HDL”模式。

ForgeFPGA产品家族开发团队来自被Dialog收购的Silego Technology——曾推出非常成功的GreenPAK™可编程混合信号器件。瑞萨最近完成对Dialog的收购,并将该产品纳入公司的产品组合。全新FPGA将采用与GreenPAK系列相同的商业模式和基础设施,即易用、免费下载且免授权费的软件,并提供全球应用支持。实践证明这种模式非常成功,目前GreenPAK的出货量已达数十亿片,且仍在不断增长。

TIRIAS Research首席分析师Steve Leibson表示:“很高兴看到像瑞萨这样的传统半导体厂商着眼于被长期忽视的市场,推出待机模式下仅产生微瓦级功耗的小尺寸低成本FPGA。今年早些时候,瑞萨通过并购Dialog获得了Silego,并决心凭借超低端GreenPAK系列可编程混合信号产品和超便捷的设计工具,继续Silego的成功。当前市场上数十亿嵌入式传感器和物联网设备,仅需1,000门左右的少量可编程逻辑。瑞萨此次推出的低端FPGA产品线,将获得以上设备生产厂商的广泛关注。”

瑞萨电子物联网及基础设施事业本部混合信号事业部副总裁Davin Lee表示:“我们渴望将瑞萨在小型、低成本、可编程市场的卓越表现扩展至FPGA领域。凭借多年的经验并借助与客户的直接沟通,我们相信此次推出的全新产品将吸引全球众多市场中不同规模企业的目光。”

ForgeFPGA产品家族的关键特性

  • 超低功耗,待机时仅20μA
  • 超低批量单价,远低于0.50美元
  • 免费、可下载的软件,且免授权费;包括原理图捕获和HDL模式
  • 可靠的大批量交付能力

瑞萨计划推出多款“成功产品组合”,其中将包含全新ForgeFPGA产品和配套的MCU、模拟、电源与时钟产品。“成功产品组合”帮助客户面向不同应用构建易于使用的架构,简化设计流程,并显著降低设计风险。

供货信息

ForgeFPGA工程样片现已发布,同时包括beta测试版设计软件和原型开发套件。其中,首款ForgeFPGA产品,即1K LUT产品,预计将于2022年第二季度投入量产。了解更多,请访问链接:https://www.dialog-semiconductor.com/products/greenpak/low-power-low-cost-forgefpga

关于瑞萨电子集团

瑞萨电子集团 (TSE: 6723) ,提供专业可信的创新嵌入式设计和完整的半导体解决方案,旨在通过使用其产品的数十亿联网智能设备改善人们的工作和生活方式。作为全球微控制器、模拟、电源和SoC产品供应商,瑞萨电子为汽车、工业、家居、基础设施及物联网等各种应用提供综合解决方案,期待与您携手共创无限未来。更多信息,敬请访问renesas.com

来源:瑞萨电子
免责声明:本文为转载文章,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请联系小编进行处理(联系邮箱:cathy@eetrend.com)。

围观 14

首先,“嵌入式”这是个概念,准确的定义没有,各个书上都有各自的定义。但是主要思想是一样的,就是相比较PC机这种通用系统来说,嵌入式系统是个专用系统,结构精简,在硬件和软件上都只保留需要的部分,而将不需要的部分裁去。所以嵌入式系统一般都具有便携、低功耗、性能单一等特性。

然后,MCU、DSP、FPGA这些都属于嵌入式系统的范畴,是为了实现某一目的而使用的工具。

MCU俗称”单片机“经过这么多年的发展,早已不单单只有普林斯顿结构的51了,性能也已得到了很大的提升。因为MCU必须顺序执行程序,所以适于做控制,较多地应用于工业。而ARM本是一家专门设计MCU的公司,由于技术先进加上策略得当,这两年单片机市场份额占有率巨大。

ARM的单片机有很多种类,从低端M0(小家电)到高端A8、A9(手机、平板电脑)都很吃香,所以也不是ARM的单片机一定要上系统,关键看应用场合。

DSP叫做数字信号处理器,它的结构与MCU不同,加快了运算速度,突出了运算能力。可以把它看成一个超级快的MCU。低端的DSP,如C2000系列,主要是用在电机控制上,不过TI公司好像称其为DSC(数字信号控制器)一个介于MCU和DSP之间的东西。高端的DSP,如C5000/C6000系列,一般都是做视频图像处理和通信设备这些需要大量运算的地方。

FPGA叫做现场可编程逻辑阵列,本身没有什么功能,就像一张白纸,想要它有什么功能完全靠编程人员设计(它的所有过程都是硬件,包括VHDL和Verilog HDL程序设计也是硬件范畴,一般称之为编写“逻辑”。)。

如果你够NB,你可以把它变成MCU,也可以变成DSP。由于MCU和DSP的内部结构都是设计好的,所以只能通过软件编程来进行顺序处理,而FPGA则可以并行处理和顺序处理,所以比较而言速度最快。

那么为什么MCU、DSP和FPGA会同时存在呢?那是因为MCU、DSP的内部结构都是由IC设计人员精心设计的,在完成相同功能时功耗和价钱都比FPGA要低的多。而且FPGA的开发本身就比较复杂,完成相同功能耗费的人力财力也要多。

所以三者之间各有各的长处,各有各的用武之地。但是目前三者之间已经有融合的态势,ARM的M4系列里多加了一个精简的DSP核,TI的达芬奇系列本身就是ARM+DSP结构,ALTERA和XINLIX新推出的FPGA都包含了ARM的核在里面。所以三者之间的关系是越来越像三基色的三个圆了。

一言以蔽之“你中有我,我中有你”。

硬件工程师学习从何开始?

单片机:通常

dsp:用于复杂的计算,像离散余弦变换、快速傅里叶变换,常用于图像处理,在数码相机等设备中使用。

arm:一个英国的芯片设计公司,但是不生产芯片。只卖知识产权。

fpga:现场可编程门阵列,以硬件描述语言(Verilog 或 VHDL)所完成的电路设计,可以经过简单的综合与布局,快速的烧录至 FPGA 上进行测试,是现代 IC 设计验证的技术主流。

嵌入式 是相对于台式电脑而言,系统可裁剪,形态各异,可能体积、功耗、成本受限、实时性要求高,如示波器,手机,平板电脑,全自动洗衣机,路由器、数码相机,这些设备中,虽然看不到台式机的存在,但是都有一个或多个嵌入式系统在工作。

根据对象体系的功能复杂性和计算处理复杂性,提供的不同选择。对于简单的家电控制嵌入式系统,采用简单的8位单片机就足够了,价廉物美,对于手机和游戏机等,就必须采用32位的ARM和DSP等芯片了。FPGA是一种更偏向硬件的实现方式。

所以要通过学习成为硬件工程师,要从单片机开始,然后学习ARM和DSP之类。

市面上七大主流单片机的详细介绍

单片机现在可谓是铺天盖地,种类繁多,让开发者们应接不暇,发展也是相当的迅速,从上世纪80年代,由当时的4位8位发展到现在的各种高速单片机。

各个厂商们也在速度、内存、功能上此起彼伏,参差不齐~~同时涌现出一大批拥有代表性单片机的厂商:Atmel、TI、ST、MicroChip、ARM…国内的宏晶STC单片机也是可圈可点…

下面为大家带来51、MSP430、TMS、STM32、PIC、AVR、STC单片机之间的优缺点比较及功能体现……

51单片机

“”

应用最广泛的8位单片机当然也是初学者们最容易上手学习的单片机,最早由Intel推出,由于其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理,众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统,堪称为一代“经典”,为以后的其它单片机的发展奠定了基础。

51单片机之所以成为经典,成为易上手的单片机主要有以下特点:

特性:

  • 从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统,称作位处理器,处理对象不是字或字节而是位。不但能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理,如传送、置位、清零、测试等,还能进行位的逻辑运算,其功能十分完备,使用起来得心应手。
  • 同时在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间,使用极为灵活,这一功能无疑给使用者提供了极大的方便,
  • 乘法和除法指令,这给编程也带来了便利。很多的八位单片机都不具备乘法功能,做乘法时还得编上一段子程序调用,十分不便

缺点:(虽然是经典但是缺点还是很明显的)

  • AD、EEPROM等功能需要靠扩展,增加了硬件和软件负担
  • 虽然I/O脚使用简单,但高电平时无输出能力,这也是51系列单片机的最大软肋
  • 运行速度过慢,特别是双数据指针,如能改进能给编程带来很大的便利
  • 51保护能力很差,很容易烧坏芯片

应用范围:

目前在教学场合和对性能要求不高的场合大量被采用。

使用最多的器件:8051、80C51。

MSP430单片机

“”

MSP430系列单片机是德州仪器1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器,给人们留下的最大的亮点是低功耗而且速度快,汇编语言用起来很灵活,寻址方式很多,指令很少,容易上手。

主要是由于其针对实际应用需求,把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上,以提供“单片”解决方案。其迅速发展和应用范围的不断扩大,主要取决于以下的特点…

特性:

  • 强大的处理能力,采用了精简指令集(RISC)结构,具有丰富的寻址方式( 7 种源操作数寻址、 4 种目的操作数寻址)、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;还有高效的查表处理指令;有较高的处理速度,在 8MHz 晶体驱动下指令周期为 125 ns 。这些特点保证了可编制出高效率的源程序
  • 在运算速度方面,能在 8MHz 晶体的驱动下,实现 125ns 的指令周期。16 位的数据宽度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能实现乘加)相配合,能实现数字信号处理的某些算法(如 FFT 等)。
  • 超低功耗方面,MSP430 单片机之所以有超低的功耗,是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。电源电压采用的是 1.8~3.6V 电压。因而可使其在 1MHz 的时钟条件下运行时, 芯片的电流会在 200~400uA 左右,时钟关断模式的最低功耗只有 0.1uA

缺点:

  • 个人感觉不容易上手,不适合初学者入门,资料也比较少,只能跑官网去找
  • 占的指令空间较大,因为是16位单片机,程序以字为单位,有的指令竟然占6个字节。虽然程序表面上简洁, 但与pic单片机比较空间占用很大

应用范围:

在低功耗及超低功耗的工业场合应用的比较多

使用最多的器件:MSP430F系列、MSP430G2系列、MSP430L09系列

TMS单片机

“”

这里也提一下TMS系列单片机,虽不算主流。由TI推出的8位CMOS单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时控制场合。虽然没STM32那么优秀,也没MSP430那么张扬,但是TMS370C系列单片机提供了通过整合先进的外围功能模块及各种芯片的内存配置,具有高性价比的实时系统控制。

同时采用高性能硅栅CMOS EPROM和EEPROM技术实现。低工作功耗CMOS技术,宽工作温度范围,噪声抑制,再加上高性能和丰富的片上外设功能,使TMS370C系列单片机在汽车电子,工业电机控制,电脑,通信和消费类具有一定的应用。

STM32单片机

“”

由ST厂商推出的STM32系列单片机,行业的朋友都知道,这是一款性价比超高的系列单片机,应该没有之一,功能及其强大。其基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M内核。

同时具有一流的外设:1μs的双12位ADC,4兆位/秒的UART,18兆位/秒的SPI等等,在功耗和集成度方面也有不俗的表现,当然和MSP430的功耗比起来是稍微逊色的一些,但这并不影响工程师们对它的热捧程度,由于其简单的结构和易用的工具再配合其强大的功能在行业中赫赫有名…

特性:

  • 内核:单周期乘法和硬件除法
  • 存储器:片上集成32-512KB的Flash存储器。6-64KB的SRAM存储器
  • 时钟、复位和电源管理:2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。POR、PDR和可编程的电压探测器(PVD)。4-16MHz的晶振。内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路。内部40 kHz的RC振荡电路。用于CPU时钟的PLL。带校准用于RTC的32kHz的晶振
  • 调试模式:串行调试(SWD)和JTAG接口。最多高达112个的快速I/O端口、最多多达11个定时器、最多多达13个通信接口
  • 使用最多的器件:STM32F103系列、STM32 L1系列、STM32W系列

PIC单片机

“”

PIC单片机系列是美国微芯公司(Microship)的产品,共分三个级别,即基本级、中级、高级,是当前市场份额增长最快的单片机之一,CPU采用RISC结构,分别有33、35、58条指令,属精简指令集。

同时采用Harvard双总线结构,运行速度快,它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理。这种指令流水线结构,在一个周期内完成两部分工作,一是执行指令,二是从程序存储器取出下一条指令。这样总的看来每条指令只需一个周期,这也是高效率运行的原因之一,此外PIC单片机之所以成为一时非常热的单片机不外乎以下特点:

特点:

  • 具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。PIC系列单片机的I/O口是双向的,其输出电路为CMOS互补推挽输出电路。I/O脚增加了用于设置输入或输出状态的方向寄存器,从而解决了51系列I/O脚为高电平时同为输入和输出的状态。
  • 当置位1时为输入状态,且不管该脚呈高电平或低电平,对外均呈高阻状态;置位0时为输出状态,不管该脚为何种电平,均呈低阻状态,有相当的驱动能力,低电平吸入电流达25mA,高电平输出电流可达20mA。相对于51系列而言,这是一个很大的优点。
  • 它可以直接驱动数码管显示且外电路简单。它的A/D为10位,能满足精度要求。具有在线调试及编程(ISP)功能。

不足之处:

其专用寄存器(SFR)并不像51系列那样都集中在一个固定的地址区间内(80~FFH),而是分散在四个地址区间内。只有5个专用寄存器PCL、STATUS、FSR、PCLATH、INTCON在4个存储体内同时出现,但是在编程过程中,少不了要与专用寄存器打交道,得反复地选择对应的存储体,也即对状态寄存器STATUS的第6位(RP1)和第5位(RP0)置位或清零。

数据的传送和逻辑运算基本上都得通过工作寄存器W(相当于51系列的累加器A)来进行,而51系列的还可以通过寄存器相互之间直接传送,因而PIC单片机的瓶颈现象比51系列还要严重,这在编程中的朋友应该深有体会。

使用最多的器件:PIC16F873、PIC16F877

AVR单片机

“”

AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机,其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。它取消机器周期,以时钟周期为指令周期,实行流水作业。

AVR单片机指令以字为单位,且大部分指令都为单周期指令。而单周期既可执行本指令功能,同时完成下一条指令的读取。通常时钟频率用4~8MHz,故最短指令执行时间为250~125ns。

特点:

  • AVR系列没有类似累加器A的结构,它主要是通过R16~R31寄存器来实现A的功能。在AVR中,没有像51系列的数据指针DPTR,而是由X(由R26、R27组成)、Y(由R28、R29组成)、Z(由R30、R31组成)三个16位的寄存器来完成数据指针的功能(相当于有三组DPTR)。
  • 而且还能作后增量或先减量等的运行,而在51系列中,所有的逻辑运算都必须在A中进行;而AVR却可以在任两个寄存器之间进行,省去了在A中的来回折腾,这些都比51系列出色些

  • AVR的专用寄存器集中在00~3F地址区间,无需像PIC那样得先进行选存储体的过程,使用起来比PIC方便。AVR的片内RAM的地址区间为0~00DF(AT90S2313) 和0060~025F(AT90S8515、AT90S8535),它们占用的是数据空间的地址,这些片内RAM仅仅是用来存储数据的,通常不具备通用寄存器的功能。
  • 当程序复杂时,通用寄存器R0~R31就显得不够用;而51系列的通用寄存器多达128个(为AVR的4倍),编程时就不会有这种感觉。

  • AVR的I/O脚类似PIC,它也有用来控制输入或输出的方向寄存器,在输出状态下,高电平输出的电流在10mA左右,低电平吸入电流20mA。这点虽不如PIC,但比51系列还是要优秀的…

缺点:

  • 没有位操作,都是以字节形式来控制和判断相关寄存器位。
  • C语言与51的C语言在写法上存在很大的差异,这让从开始学习51单片机的朋友很不习惯。
  • 通用寄存器一共32个(R0~R31),前16个寄存器(R0~R15)都不能直接与立即数打交道,因而通用性有所下降。而在51系列中,它所有的通用寄存器(地址00~7FH)均可以直接与立即数打交道,显然要优于前者。

使用最多的器件:ATUC64L3U、ATxmega64A1U、AT90S8515

STC单片机

“”

说到STC单片机有人会说到,STC也能算主流,估计要被喷了~~我们基于它是国内还算是比较不错的单片机来说。

STC单片机是宏晶生产的单时钟/机器周期的单片机,说白了STC单片机是51与AVR的结合体,有人说AVR是51的替代单片机,但是AVR单片机在位控制和C语言写法上存在很大的差异。而STC单片机恰恰结合了51和AVR的优点,虽然功能不及AVR那么强大,但是在AVR能找到的功能,在STC上基本都有,同时STC单片机是51内核,这给以51单片机为基础的工程师们提供了极大的方便,省去了学习AVR的时间,同时也不失AVR的各种功能…

STC单片机是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机51单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8~12倍,内部集成MAX810专用复位电路。4路PWM 、8路高速10位A、D转换,针对电机电机 的供应商控制,强干扰场合,成为继51单片机后一个全新系列单片机…

特性:

  • 下载烧录程序用串口方便好用,容易上手,拥有大量的学习资料及视频,最著名的要属于杜老师的那个视频了,好多对单片机有兴趣的朋友都是通过这个视频入门的,同时具有宽电压:5.5~3.8V,2.4~3.8V, 低功耗设计:空闲模式,掉电模式(可由外部中断唤醒)
  • STC单片机具有在应用编程,调试起来比较方便;带有10位AD、内部EEPROM、可在1T/机器周期下工作,速度是传统51单片机的8~12倍,价格也较便宜
  • STC12C2052AD系列为2通道,也可用来再实现4个定时器或4个外部中断,2个硬件16位定时器,兼容普通8051的定时器。4路PCA还可再实现4个定时器,具有硬件看门狗、高速SPI通信端口、全双工异步串口,兼容普通8051的串口,同时还具有先进的指令集结构,兼容普通8051指令集。

PS:STC单片机功能虽不及AVR、STM32强大,价格也不及51和ST32便宜,但是这些并并不重要,重要的是这属于国产单片机比较出色的单片机,但愿国产单片机能一路长虹…

使用最多的器件:STC12C2052AD

Freescale单片机

“”

主要针对S08,S12这类单片机,当然Freescale单片机远非于此。Freescale系列单片机采用哈佛结构和流水线指令结构,在许多领域内都表现出低成本,高性能的的特点,它的体系结构为产品的开发节省了大量时间。此外Freescale提供了多种集成模块和总线接口,可以在不同的系统中更灵活的发挥作用!Freescale单片机的特有的特点如下:

  • 全系列:从低端到高端,从8位到32位全系列应有尽有,其推出的8位/32位管脚兼容的QE128,可以从8位直接移植到32位,弥补单片机业界8/32 位兼容架构中缺失的一环
  • 多种系统时钟模块:三种模块,七种工作模式。多种时钟源输入选项,不同的mcu具有不同的时钟产生机制,可以是RC振荡器,外部时钟或晶振,也可以是内部时钟,多数CPU同时具有上述三种模块!可以运行在FEI,FEE,FBI,FBILP,FBE,FBELP,STOP这七种工作模式
  • 多种通讯模块接口:Freescale单片机几乎在内部集成各种通信接口模块:包括串行通信接口模块SCI,多主I2C总线模块,串行外围接口模块 SPI,MSCAN08控制器模块,通用串行总线模块(USB/PS2)
  • 具有更多的可选模块:具有LCD驱动模块,带有温度传感器,具有超高频发送模块,含有同步处理器模块,含有同步处理器的MCU还具有屏幕显示模块OSD,还有少数的MCU具有响铃检测模块RING和双音多频/音调发生器DMG模块
  • 可靠性高,抗干扰性强,多种引脚数和封装选择
  • 低功耗、也许Freescale系列的单片机的功耗没有MSP430的低,但是他具有全静态的“等待”和“停止”两种模式,从总体上降低您的功耗!新近推出的几款超低功耗已经与MSP430的不相上下!

使用最多的器件:MC9S12G系列

如果真要在这些单片机中分个一二三等,那么如果你想跟随大众,无可厚非51单片机还是首选;如果你追求超高性价比,STM32将是你理想选择;如果你渴望超低功耗,MSP430肯定不会让你失望;如果你想支持国产,STC会让你兴奋…

本文转载自:电子发烧友
免责声明:本文为转载文章,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请联系小编进行处理(联系邮箱:
cathy@eetrend.com)。

围观 31
526095766_642的头像
526095766_642

FPGA已经变得如此具有成本效益,因此它们越来越多地与mcu结合使用,以提高整体系统效率。用途包括在的电路板空间中添加额外的功能,为复杂算法的前端添加节能处理,聚合多个外部设备以卸载高性能MCU或作为使现有设计适应新的所需的“粘合”逻辑在接口要求方面,FPGA提供了标准MCU中常常缺乏的额外灵活性。本文将快速回顾一些的应用,其中FPGA和MCU“配对”,以展示如何通过降低功耗,减小电路板空间,提高处理性能或接口灵活性来提高系统效率,从而显着改善您的下一个设计。

FPGA作为MCU配套器件

您为设计选择的MCU多久没有完全具备您需要的所有接口通道?或许您对MCU的初始选择非常合适,但是出现了新的要求,因为您的客户需要为其设计添加一些额外的接口。您可能可以使用更复杂的MCU,但这可能会增加显着的电路板空间(因为它仅在高引脚数封装中可用),功率增加(因为它只能提供比您真正需要的更多闪存和SRAM) 或者更高的成本(出于上述两个原因)。

解决这个难题的一种方法是通过在MCU旁边添加FPGA来规划对额外接口的需求。FPGA可以轻松提供额外的接口,只需提供您需要的接口,同时限制电路板空间,成本和功耗的增加。实际上与使用更复杂的MCU的选项相比,通常会减少电路板空间,降低成本并降低功耗。

例如超低功耗FPGA可在极小的2.078 mm×2.078 mm电路板占板面积内提供多达26个信号IO,并且由于这些器件是通过片上NVM配置的,您不需要额外的电路板空间用于配置设备。这些FPGA还有两个专用的I2C接口和两个专用SPI接口,具有大量可配置逻辑,可以根据应用需要添加更多接口(直到用完引脚)。

该器件还具有高达80kbits的嵌入式Block RAM,可用于接口FIFO和缓冲器,因此MCU可以等待整个数据包准备好进行处理。在将数据发送到MCU之前,DSP模块还可用于对原始传感器数据进行低级数据处理,作为预处理步骤。当FPGA可以在中断MCU之前智能地聚合数据时,可以大幅降低MCU功耗。

快速响应FPGA接口请求

使用FPGA配套器件时,快速响应FPGA的服务请求非常重要。例如音频接口可能需要具有比传感器数据更高的优先级访问权,因为必须避免音频数据中的“停顿”或者用户体验可能显着降低。通常能够支持各种中断优先级有助于提高FPGA伙伴的实用性,并进一步提高整体系统性能和功效。

有效使用DMA还有助于进一步卸载MCU并提高效率。例如FPGA可能首先缓冲预处理原始数据的完整数据包,以减小需要存储和传输的消息的大小。FPGA可以中断MCU并启动DMA传输,将整个消息移动到MCU存储器中。一旦DMA传输完成并且整个消息准备好进行处理,就可以中断CPU并开始对消息进行处理。

例如32位MCU有一个DMA控制器和一个中断控制器,两者都是可编程优先级。中断控制器在右侧有一个优先级块,它为CPU产生中断级。优先级块选择具有优先级的中断,由与每个中断源相关的中断优先级寄存器(IPRn)中的中断级别字段定义。因此可以在I2C端口上为较高优先级的源(例如实时音频接口)分配比低频传感器更高的优先级,以保证更快的处理。

本文转载自:宇芯电子
免责声明:本文为转载文章,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请联系小编进行处理(联系邮箱:cathy@eetrend.com)。

围观 28

FPGA已经变得如此具有成本效益,因此它们越来越多地与mcu结合使用,以提高整体系统效率。用途包括在的电路板空间中添加额外的功能,为复杂算法的前端添加节能处理,聚合多个外部设备以卸载高性能MCU或作为使现有设计适应新的所需的“粘合”逻辑在接口要求方面,FPGA提供了标准MCU中常常缺乏的额外灵活性。本文将快速回顾一些的应用,其中FPGA和MCU“配对”,以展示如何通过降低功耗,减小电路板空间,提高处理性能或接口灵活性来提高系统效率,从而显着改善您的下一个设计。

FPGA作为MCU配套器件

您为设计选择的MCU多久没有完全具备您需要的所有接口通道?或许您对MCU的初始选择非常合适,但是出现了新的要求,因为您的客户需要为其设计添加一些额外的接口。您可能可以使用更复杂的MCU,但这可能会增加显着的电路板空间(因为它仅在高引脚数封装中可用),功率增加(因为它只能提供比您真正需要的更多闪存和SRAM) )或者更高的成本(出于上述两个原因)。

解决这个难题的一种方法是通过在MCU旁边添加FPGA来规划对额外接口的需求。FPGA可以轻松提供额外的接口,只需提供您需要的接口,同时限制电路板空间,成本和功耗的增加。实际上,与使用更复杂的MCU的选项相比,通常会减少电路板空间,降低成本并降低功耗。

例如,莱迪思iCE40超低功耗FPGA可在极小的2.078 mm×2.078 mm电路板占板面积内提供多达26个信号IO,并且由于这些器件是通过片上NVM配置的,您不需要额外的电路板空间用于配置设备。这些FPGA还有两个专用的I 2 C接口和两个专用SPI接口,具有大量可配置逻辑,可以根据应用需要添加更多接口(直到用完引脚)。莱迪思ICE5LP1K-SWG36ITR50的框图。

该器件还具有高达80 kbits的嵌入式Block RAM,可用于接口FIFO和缓冲器,因此MCU可以等待整个数据包准备好进行处理。在将数据发送到MCU之前,DSP模块还可用于对原始传感器数据进行低级数据处理,作为预处理步骤。当FPGA可以在中断MCU之前智能地聚合数据时,可以大幅降低MCU功耗。此外,莱迪思的iCE5LP FPGA专为超低功耗应用而设计,电源静态电流仅为71μA。添加更多接口只需要额外的电路板空间或功率。查看您喜欢的MCU与更高引脚数之间的当前价格差异,然后将其与Digi-Key网站上的莱迪思iCE5PL1K FPGA价格进行比较,看看可能还有哪些成本节省。

快速响应FPGA接口请求

使用FPGA配套器件时,快速响应FPGA的服务请求非常重要。例如,音频接口可能需要具有比传感器数据更高的优先级访问权,因为必须避免音频数据中的“停顿”或者用户体验可能显着降低。通常,能够支持各种中断优先级有助于提高FPGA伙伴的实用性,并进一步提高整体系统性能和功效。

有效使用DMA还有助于进一步卸载MCU并提高效率。例如,FPGA可能首先缓冲预处理原始数据的完整数据包,以减小需要存储和传输的消息的大小。FPGA可以中断MCU并启动DMA传输,将整个消息移动到MCU存储器中。一旦DMA传输完成并且整个消息准备好进行处理,就可以中断CPU并开始对消息进行处理。

Atmel 32位AT32UC3A MCU,例如,有一个DMA控制器和一个中断控制器,两者都是可编程优先级。中断控制器图(如图2左侧所示)在右侧有一个优先级块,它为CPU产生中断级。优先级块选择具有优先级的中断,由与每个中断源相关的中断优先级寄存器(IPRn)中的中断级别字段定义。因此,可以在I 2 C端口上为较高优先级的源(例如实时音频接口)分配比低频传感器更高的优先级,以保证更快的处理。

来源:FPGA设计论坛,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

围观 34

FPGA因其灵活可编程特性已经成为工业、通信、汽车电子、大数据应用中不可或缺的关键器件,在国家政策支持下,国产FPGA产业迎来难得的发展机遇。作为中国FPGA领导厂商,紫光同创始终致力于开发适合本土市场的高性能FPGA器件。

目前,紫光同创的FPGA已经广泛应用在通信、计算、工业等领域,为了让更多领域使用上本土FPGA,紫光同创携手电子创新网联合推出紫光同创PGL22G开发平台试用活动。通过试用活动,一方面让更多应用用上本土FPGA,另一方面,也通过大家的反馈开发出更好的FPGA器件,欢迎FPGA应用开发者,高校师生和研究人员踊跃报名,申请试用!

本土最高性价比开发板试用活动

PGL22G开发平台基于紫光同创Logos系列PGL22G FPGA,PGL22G针对工业控制市场的特点,提供丰富的片上时钟和RAM资源以及乘法器,支持高速LVDS、MIPI接口和丰富的用户I/O,并集成了1066Mbps硬核DDR3和硬核ADC等模块,是业界相同工艺和面积下,集成度和性能最高的FPGA。被广泛用于通信、视频、工业控制等多个应用领域,各方面性能指标与国外竞品基本相当,在很大程度上保障了中国系统设备厂商的技术创新和国产自主可控。

该FPGA是目前市场上同等逻辑规模的FPGA芯片中性价比最高的。它有12K~22K LUTs,集成DSP处理单元、256bit AES加密算法,带有高速MIPI接口和DDR3接口。该FPGA年出货量已达百万级。

一、开发板简介:


由紫光同创与芯驿电子(ALINX)联合开发的PGL22G开发平台采用核心板加扩展板的模式,核心板主要由FPGA + DDR3 +QSPI FLASH构成,承担FPGA高速数据处理和存储的功能,加上FPGA和DDR3 SDRAM之间的高速数据读写,数据位宽为16位,整个系统的带宽高达10Gb/s(800M*16bit);另外DDR3容量高达256MB,满足数据处理过程中对高缓冲区的需求。

底板为核心板扩展了丰富的外围接口,其中包含1路千兆以太网接口、1路HDMI输出接口、1路USB2.0接口、1路UART串口接口、1路SD卡接口、1个JTAG调试接口、一个摄像头接口、1路40针的扩展口和一些按键,LED,RTC和EEPROM电路。

下图为整个开发系统的结构示意图:


通过这个示意图可以看到这个开发平台所能实现的功能




更多详情请点击:紫光同创PGL22G开发平台试用专题

二、活动对象:FPGA开发工程师

三、试用名额:20名

四、活动安排:


五、活动规则:

1、所有参与者必须是电子创新网( www.eetrend.com )注册会员
2、本次试用开发板总计20块,开发板以借用形式发放,活动结束后需归还
3、收到开发板后每周需提交一篇试用博文,所写博文必须是自己原创,如有发现为已经刊登或者抄袭行为即取消评选资格
4、博客发布:
发布地址:http://www.eetrend.com/blog
发布主题:【紫光同创PGL22G开发平台试用连载】
5、本活动最终解释权归属电子创新网,所有参与者均视为认同该活动规则。

六、活动奖励:

本次活动根据试用博文的点击率和紫光同创专家打分,会评选出10名获奖者。
一等奖3名:奖励2TB 移动硬盘一个和开发板一块
优秀奖7名:奖励蓝牙音箱一个


本土最高性价比开发板试用活动
围观 24

作者: Wisdom Zhang

在去年电子创新网举办的2019FPGA应用创新论坛上,一家低调的FPGA新玩家引发了大家极大的兴趣,它就是EFINIX公司,为何全球FPGA领头羊赛灵思会投资这家公司?它的创始人团队有多牛?他们捣鼓出来的FPGA新架构到底有什么独特性?本文为你详细介绍。

作者 Wisdom Zhang 联系电邮:wisdomz@efinixinc.com

1 、多伦多大学计算机应用

在1998年代的时候,当时半导体中的FPGA公司还是有不少家的,但Altera借助自己的MAX系列,以及FLEX系列在市场上已经表现突出,那个时候的Lattice急需要自己也拥有FPGA的基因,以摆脱自己只有CPLD的困境。Xilinx公司当时已经势头很猛,基本上说到FPGA,大家都直接理解为Xilinx公司的产品。

Altera在2000年的时候,开始了一种MAX和FLEX体系相结合的产品,起了一个名字叫APEX,而且他们锐意革新,软件也开始不再满足于那种单个用户的使用。开发了新的软件名字就是Quartus,而且里面有个按钮,可以表现的和以前Max+plus-II一样的界面来取悦老的用户。

但是这个APEX结构的可编程器件在编译过程中,不能很好的完成布局布线,尽管表面上看来非常先进的芯片,竟然不能发挥性能, Altera努力了很长时间也没有改善。 

后来,一位FPGA的大牛帮他解决了问题,他就是加拿大多伦多大学的Jonathan Rose,这位老先生一直致力于FPGA结构的设计和软件布局布线方面的研究, Altera觉得可以让Rose教授的团队来试一试。于是Jonathan开了一家专门设计FPGA结构的EDA公司, 这家公司后来被Altera收购了, 此后,Altera公司的FPGA结构设计以及软件都如虎添翼,竟然反超Xilinx,成为业内翘楚。有关Jonathan先生的信息可以参考

http://www.eecg.toronto.edu/~jayar/

Jonathan有带了不少学生,这些学生不少都是FPGA行业中很重要的学说创立和遂行者, 网站上也罗列了他的学生以及现在的一些成就。

http://www.eecg.toronto.edu/~jayar/former-graduate-students.html

在FPGA行业中最有影响力的学生之一 Vaughn Betz 他在FPGA行业中最有影响力的学生之一,他的自我介绍中有一段辉煌的经历

The VPR toolset and methodology developed by Dr. Betz have become the standard for FPGA architecture research and the comparison point for CAD optimization quality, and have been used by over 180 companies and 1100 universities. Dr. Betz co-founded Right Track CAD to commercialize his research in 1998 and over the next two years helped grow the company to 10 engineers and several million dollars in yearly revenue. In 2000, Right Track CAD was acquired by one of its customers, Altera Corporation (a fortune 500 semiconductor company). Dr. Betz held several leadership positions within Altera over the next 11 years, 

还有一位是Altera公司的大学教育计划的推动者,Steven Brown

http://www.eecg.toronto.edu/~brown/

还有一位是Tony Ngai, 是EFINIX的魏启杰,EFINIX公司的CTO

现在FPGA的结构设计以及布局布线软件的研发前沿也基本上继续在多伦多大学不断提高, 成为这个行业最重要的理论实践的推动源头。 

曾经有人统计过,在2008年以前至少有48家公司先后涉及可编程器件行业, 但是大部分都折戟沉沙,杳无踪影。 

深度揭秘FPGA新玩家EFINIX

图片来源:

http://www.ocoudert.com/blog/wpcontent/uploads/2009/10/History_of_PLD_st...

Silicon is not Enough

--John Daane, CEO, Altera

大量公司杀入进去最后铩羽而归,其背后的含义是说其实只有芯片是不足够的,你必须还要有很好的逻辑开发软件,而且这个开发软件则要覆盖EDA软件的很多方面,开发成本和试错成本都非常高, 而且整个行业竞争迭代很快,不仅仅在工艺上有进步,在结构设计上,benchmark的选择上,IP的集成方面,可以说基本上每个环节方面都不能犯错。 但开发一个全新的产品基本上都要3年的开发周期,加上要不断维护升级复杂的开发工具。总而言之,活下来的一定是凤凰了。 

但2008年以后,还是有几家公司进入这个行业, 比较著名的有Tabula, SiliconBlue,Tabula在烧光了10亿美元之巨后消失了,SiliconBlue也被Lattice收购, 所以你想进入这个行业,而且活下来,至少你要敢于挑战现有的环境,并且确实有自己的创新之处。同时行业的很多既有成果和习惯也要考量,尽可能利用已有的资源,而不是重复造轮子,在这样的背景下,EFINIX公司来了,它有什么独特的地方呢?

2、EFINIX公司的独门绝技

EFINIX公司的CEO张少逸早年从香港去往美国留学,是Altera的高端FPGA的Stratix产品总监,期间和魏启杰先生一起负责过Hardcopy的研发工程工作。他们后来一起创立了EFINIX公司,同时请来了曾经参与Maxplus-II的研发工作的Jay来助阵。

在2015年就在中国开始他们的芯片制造计划,与SMIC中芯国际合作,在上海封装,全部产业链扎根中国。

EFINIX香港公司作为运营主体,以马来西亚槟城作为主要研发基地,在香港也建立软件和技术工程资源。吸引中国资本。有多家著名VC投资。

魏启杰先生作为CTO,早年尽管有非常多的想法,但是这些想法必须经过长时间的建模测试和测试芯片的验证开发。历经6年,打破行业固有思维,开创和验证了全新的一种FPGA的创新架构。

 FPGA业内的神话

通常在一个发展相对时间很久的行业, 不太容易有创新的东西,因为有不少专利壁垒,同时人们没有太多资源去验证这种创新是否有效, 在加上可能很多创新都要摈弃过去一些已经取得的成绩,EFINIX作为一家新公司,他可能没有这方面太多的包袱。 

他们相信, 

没有创新,难以生存

深度揭秘FPGA新玩家EFINIX

现在的FPGA基本上都是孤岛型的结构体系, 甚至很多芯片采用LUT6的结构,将4个,9个,或者更多个这样的巨型查找表集成在一个小区间内, 希望这些同样功能的LUT6放在一起, 可以快速解决一些8bit,9bit的寄存器组或者是计数器,移位计数器等。因此随着芯片的规模不断上升, 逻辑资源组之间的连线资源也快速上升, 有时可以想象买来的可编程芯片上可能路由的资源超过了实际有效的逻辑资源。我们用一个城市来做个形象的比喻。

 

深度揭秘FPGA新玩家EFINIX

随着城市的扩大, 就必须建立更宽的道路, 道路间要建立不少更大的交叉立交, 而且这些立交的层次都可能很复杂,还需要更多的交通灯, 以及匝道来汇聚和分开车流。这些实际上和一块FPGA的结构非常类似, 这些你可以自然联想到, 芯片规模越大, 就只有两个办法来完成逻辑之间的互联互通。要不就是把走线的资源增加很多层, 要不就是把芯片做到更大的面积来增加布线。甚至两个方面都要加强。 

这些做法直接导致了芯片更大的功耗以及更大的晶片面积。通过不断分析和模拟各种设计在以前这种结构的FPGA上的适配, 发现有部分区域逻辑资源消耗多, 有些区域的连线消耗多, 这样即使有其他地方有空余布线资源, 但是也不能带来很好的折中统一。导致芯片在越高的使用率情况下, 时序条件越难符合预期目标。要不就是选择一个更大容量的芯片来缓解这种情况。 

 

深度揭秘FPGA新玩家EFINIX

很多设计者采用比预计需要资源大30%的FPGA来进行设计。这都是成本, 这都是功耗, 这些也都是时延。 

 

深度揭秘FPGA新玩家EFINIX

为了缓解这种矛盾, Tony想到一个好的办法, 概括起来有以下两个原则。

首先采用更加小的细粒度结构,去掉太多逻辑组和逻辑组之间接入和扇出的连接开销, 让逻辑和逻辑之间的连线显著缩短, 即使增加了一些跳线,但是整体时延时和过去的结构相当, 未来更好适应这种想法, 

接着又将逻辑资源和布线资源可以进行相互的转化, 使得相关逻辑尽可能聚合在一起, 提高时序相应, 这样我们可以想象成编译软件就如同一家建设公司, 需要路的地方, 可以拆迁房屋,把道路扩宽, 有些地方,可以将道路修成房子。这样两种方式的结合, 最终可以使得

EFINIX的Trion系列FPGA只是需要7层金属走线层,而传统FPGA结构需要12-14层以上。

同时,由于采用细粒度结构, 消除了很多不必要的走线接入和扇出开销, 使得芯片在同等规模下,比传统结构有1/3到1/2的面积缩小优势。 

最终EFINIX的Trion系列FPGA不仅具有很小的功耗, 同时兼具更小的封装。转而也极具成本优势。同时又采用了SMIC公司的40nm低功耗制程。使得T8可以支持8K逻辑容量的FPGA具有30mW, T120可以容纳115K逻辑容量的FPGA的典型应用功耗只有1.3W。这就是公司在FPGA领域中最大的创新。因为不采用这种创新, 难以撼动业内巨头的行业地位, 也很难脱颖而出获得竞争优势。 

为了取得更低的功耗, 同时聚焦视频和相机市场, FPGA中集成了MIPI的硬核接口,DDR3控制器也采用硬核。这种设计方法进一步缩小芯片尺寸, 并且进一步降低功耗。

EFINIX不仅在逻辑器件的架构设计方面具有前瞻性,Tony在FPGA的路由算法布局方面可以和自己设计的结构进行更好的融合,从而完成效能的统一需求。说到可编程器件的CAD工具,大家都知道Foundation,ISE,Quartus-II,EFINIX自主完成了整个EDA软件设计工具。Jay在EDA领域多年经验积累,深刻体会到在不断推出新器件的时候能够快速迭代以及尽快缩短上市时间对公司本身以及客户都至关重要。

EFINIX的设计软体名字叫Efinity,软件的Logo非常具有东方文化特色的二龙戏珠,寓意FPGA的公司不仅要有强大的硬体架构,同时软件也是重要的立基之本。Efinity软体中的P&R算法依据自己的产品架构设计,与很多软件不同的是由于结构的特殊性,软件支持Hybird的P&R的算法。 

采用这种革新的架构以及自己本身具有的逻辑布局和逻辑路由可以互换的特点,EFINIX公司成功地打破了以往FPGA结构设计的神话, 采用比竞争对手近乎一半的面积优势就可以设计同等容量的FPGA产品。而且这种结构的好处也对新产品的推出可以有效缩短开发时间。在一年的时间里, 用对手不到1/10的人力资源就完成了第一代Trion产品的开发。 

EFINIX给这种创新的结构赋予一个有联想的名字--Quantum,如同量子技术的神奇寓意。我们对由此带来的变革有如下总结:

同等工艺条件下, 面积缩小2倍或以上

功耗减少一半

芯片采用了7层金属工艺

可以采用无需任何定制的通用硅制程

具有和相同工艺条件下的FPGA同等的逻辑速度性能

可以采用Hybird的布局布线

 

深度揭秘FPGA新玩家EFINIX

现在的FPGA应用端,大家都期望做到大的逻辑容量,但是面积要小,不能牺牲性能,同时功耗要极具竞争。作为初创公司,使用者总是有质量方面的担忧,但是这些产品的可靠性和一致性,最终需要具有完善设计流程的有经验的团队来保证。而且软件的研发需要足够的时间测试。EFINIX公司在过去的6年里投入非常多的时间验证后,才能在短短的一年时间内推出完整的Trion系列。

平均分布的布线资源往往难以满足实际设计的局部布线要求

深度揭秘FPGA新玩家EFINIX

•局部堵塞 (红色区域)就是整个芯片的短板

•闲置资源 (绿色区域)无法移动,只能被浪费

•增加整体布线资源可以缓解局部堵塞,但却造成其它区域更大的浪费

3 、产品的对比

“是骡子是马,拉出来溜溜”这个产品到底咋么样,需要对比对比,目前开发产品,不仅要看当下的产品是否符合市场需求, 同时外衍的产品也要具有快速的开发能力, 业界都有采用平台式开发的方法。EFINIX公司利用统一的架构,可以快速在软件层面进行产品的预研,因为采用了逻辑可以转化路由的特殊结构,可以很好弥补芯片在规模增大,但是路由资源规划不足的不可逆转的开发困境。在没有开发好产品之前,基本就可以预测产品的性能以及对Benchmark用例的测试。在过去的FPGA公司的产品开发中, 40nm工艺的产品基本上到100K逻辑资源就很难继续沿用同样的工艺。但是由于Trion系列在晶片尺寸具有竞争力的优势下,EFINIX依旧可以在40nm的成熟工艺上, 开发165K,200K的逻辑资源的器件。 

现在的开发手段,必须具有较好的性能预判能力, 优秀的设计团队总是充分利用公司的CAD进行下一代FPGA的工艺演进和当前竞争对手以及自身的产品进行性能和功耗的预估。以取得最好的产品投资效益比。 

我们显示了开发中用到的一部分Benchmark设计,对标竞争对手的产品,有下列性能以及利用率的比较。 下图是对比,可以看到在硅工艺 、相同性能、 Hybird P&R平台等优势明显。

深度揭秘FPGA新玩家EFINIX

Interface Designer 的接口精灵

作为FPGA领域的后来者, 尽管FPGA是可以编程的芯片, 但是聚焦市场,具有更高的性价比,才可能在新的设计中,与竞争对手的同类产品价格上拉开距离。EFINIX的Trion系列FPGA针对目标市场, 将常用功能进行硬核化IP设计的方法, 一方面有效降低芯片的尺寸, 一方面可以降低功耗。同时采用了相对精简的功能在IO的支持上, 有效降低IO的片上面积,可以在较小的芯片上集成数量更多的IO。 

 

深度揭秘FPGA新玩家EFINIX

例如是第一个将MIPI CSI-2控制器硬核化, 在40nm的低成本FPGA上可以提供MIPI接口的集成, 而且开发者只需要配置自己需要的协议参数, 就可以很好的和大部分流行的图像Sensor进行对接,因为现在AI SoC的发展非常迅速, AI-SoC的图像Sensor接口也以MIPI接入为主, 多sensor的应用尽管在手机上已经得到普及, 在嵌入式,AI应用上也出现更多的Sensor接入, 因此Trion系列的FPGA可以支持2个到3个MIPI的接入, 同时汇流或者交叉到AI SoC的MIPI接口, 可以起到扩展MIPI或者交叉MIPI的能力。 

还有一个很好且很通用的例子,不同的芯片规模集成了不同位宽的DDR3硬核控制器, 不仅功耗降低, 也支持不同带宽的FPGA需要。 

 

深度揭秘FPGA新玩家EFINIX

Trion系列针对FPGA的LVDS应用, 另辟蹊径, 业内的通用做法是每个IO都尽可能支持LVDS, 看起来灵活的配置, 但是IO在晶片上所占用的面积过大, 导致不能有效增加IO,功耗也是一个挑战。Trion系列的LVDS开始就进行预先定义了固定的输入输出方向。确保最小的IO面积, 可以降低功耗,而在LVDS的支持数量上也聚焦Sensor的应用, 以13对LVDS的Rx为基础考量,确保多数图像应用不仅可以采用LVDS的接入, 也可以采用MIPI的接入, 真正做到一个sensor manager的功能设计。 

 

深度揭秘FPGA新玩家EFINIX

以上的设计更新,和实际的HDL设计只是信号流的对接, 并不涉及HDL的设计方法, 同时为了迎合SoC的设计方法学, 将数字逻辑核心和外设接口部分进行隔离抽象,分隔开发,EFINIX的Efinity软件采用了业内独特的接口设计精灵。将所有的硬核化的IP都统一放在Interface Designer的设计界面, 而专注于逻辑设计的数字核心属于核心逻辑设计, 这样的设计模块隔离抽象, 可以极大降低平台开发工作量,FPGA的产品如果按照FPGA的逻辑容量以及IO接口两个因素来进行分类,那么,可以认为FPGA的一个系列产品就是不同器件逻辑容量和不同接口种类数量上两个组合设计,而Interface designer的设计分离,可以让这两个因素进行快速组合匹配。因为同样密度的FPGA产品可能有不同的外设, 使用者可以看到Interface designer中自动显示可以支援的硬核IP的支持。 

这样做的另外一个好处, 当有大型客户采用SiP或者eFPGA的项目时, 可以只是改动Interface designer就可以完成定制eFPGA软件的开发。 

现在interface designer接口精灵中会根据不同器件以及同样器件的不同封装有下面的支持

EFINIX在2019年的11月推出40nm功耗极具竞争力的产品T120, 这款产品显示了EFINIX作为业内新秀,展示了可以推出大于100KLE的产品,同时可以将利用率提高到接近100%, 而且将功耗限制在1.2W到1.5W之间。比相当于同级别工艺的竞争对手功耗低一半,甚至是竞争对手的1/3。封装更是12x12mm的FBGA,产品在体积受限,功耗受限的应用中大受青睐。 

4: 中国市场突破

中国无疑已经成为世界FPGA开发者最多,也是FPGA应用最大的单一市场,中国的应用市场机会已经占到FPGA的全球市场的40%以上。如何作为一个后来者要想在中国市场取得一席之地, 必须要有适合中国市场和应用者的产品和技术资源。 

EFINIX深知时间就是生命, 效率就是金钱的中国市场原则,不能快速开发以及快速支持客户, 将没有办法生存。除了具有打破神话的创新,在消费者使用者心中,快速建立产品和企业形象最适合的原则

中国市场,唯快不破

EFINIX在过去的12个月里, 依靠35个人的团队,成功推出8款产品, 从4K逻辑密度3x3mm 的产品扩展到120K的FBGA576的16x16mm的大容量产品。而且编译综合,布局布线软件基于自主开发。真正体现了最快的交付速度。而且在接下来的时间, 即将有更大规模的165K和200K的产品面世。为今天的需要边缘AI的应用提供解决方案。 

深度揭秘FPGA新玩家EFINIX

目标市场

同时,面对快速变化的中国市场, 以及多家FPGA公司的充分竞争, 目前EFINIX针对特定市场,配合软件的IP,聚焦应用,已经在如下的市场中获得客户的认可。 

工业相机市场

特殊相机应用HDR

VR 眼镜

电容笔

工业PLC

工业伺服控制

工业激光控制

显示拼接控制

5、RISCV的应用

 

深度揭秘FPGA新玩家EFINIX

RISCV是最近全球嵌入式应用的大热门话题,因为其具有的开源性以及结构简单,能效比优秀,短短两年,在中国市场已经出现了多家公司推出RISCV体系的MCU,给ARM体系为主的固有MCU市场带来了新的挑战。而且RISCV也可以快速搭配多种外设资源,是AIoT的应用中非常好的选择。很好弥补了碎片化应用市场的需求。 

由于FPGA极具灵活性的特点,在过去的FPGA领域的行业先导中都有自己的软核CPU的工具,例如Altera公司的NiosII,以及Xilinx公司的MicroBlazer,其中设计界面和理念各有千秋, 给后来的FPGA公司带来极大的挑战, 因为设计中有需要软核的设计非常多。后来者的CPU软核必须要具有不仅使用容易,快速上手,而且性能可以有效竞争,这样的的选择其实并不多。 

RISCV的出现极大方便了在FPGA中软核的需求, 这里面临的一个重要问题, RISCV尽管是一套体系, 但是每一个RISCV提供的IP并不是都适合在FPGA中应用,例如国内的很多IP供应商,提供的RISCV在FPGA上可能要消耗30K-75KLEs的不等的资源。如何推出RISCV体系的在FPGA中具有相对合理资源,性能上又比NiosII等传统软核CPU强劲, 工具链更接近ARM体系的开发方法。而且支持的外设以及RISCV执行的空间既可以在FPGA的块RAM中运行短小精悍的程序, 又能在DDR中运行大型的FreeRTOS,这又涉及到bootloader的有效设计。 

EFINIX推出多个RISCV的IP,可以兼顾在不同FPGA规模中软核的应用, 现在已经可以在全系列Trion中嵌入RISCV, 小到T4,大到T120, 也可以支持多个软核的内嵌设计。在DDR3的16bit,32bit设计中,都已经成功完成了RISCV的接口设计,不仅可以让RISCV可以在DDR3中运行,同时部分版本可以支持D-Cache以及I-Cache,使得对于要求性能较高的应用场合也能覆盖需求。而逻辑资源的消耗控制在9KLEs, 达到了很好的系统集成。

参考文献:

Vaughn先生的介绍:

http://www.eecg.toronto.edu/~vaughn/biography.html

Jonathan Rose介绍:

http://www.eecg.toronto.edu/~jayar/

Steven Brown介绍:

http://www.eecg.toronto.edu/~brown/

这里还有作者的视频演讲,有兴趣的可以看看

欢迎更多FPGA公司投稿介绍自己的新技术!投稿请微信发给我或者发到我的邮箱 richard@eetrend.com

注:本文为原创文章,转载请注明作者及来源

围观 25

作者:张国斌

12月19日,在ELEXCON 2019深圳国际电子展召开第一天,由电子创新网主办的2019FPGA创新应用论坛也在会展中心同期开幕,来自全国各地的150多位FPGA开发业者和国内领先FPGA厂商紫光同创、安路科技、西安智多晶、雪湖科技,Efinix等公司就本土FPGA发展未来趋势和挑战进行了深入交流,与会嘉宾们认为未来几年将是本土FPGA发展的黄金时代,但也面临三大严峻挑战。

一 FPGA前景分析

1

电子创新网CEO张国斌在会上对FPGA未来发展做了分析,他指出FPGA经过近30年的发展,已经成为电子系统中不可或缺的一个产品,随着智能化生活的需求加剧,未来FPGA在信号转换、传感器信号处理、5G、智能工业、智能医疗、汽车电子等领域的需求呈现上升趋势。

1

他指出全球FPGA市场规模持续攀升,亚太将是FPGA主要市场,未来产业发展可期。全球FPGA市场规模2019年达到69亿美元,2025年要达到125亿美元,增速在加快,未来市场亚太区占比达到42%,是FPGA主要市场,中国FPGA市场规模约100亿人民币,未来随着中国5G部署及AI技术发展,国内FPGA规模有望进一步扩大。

不过在FPGA市场中,本土FPGA厂商占比还比较小,只有4%左右,这也说明未来本土FPGA成长空间很大。

1
1

他指出一个有趣的现象是,过去30年,欧美市场涌现过60多家FPGA厂   商,到最后只沉淀为四家,但是近几年,全球FPGA厂商又开始增多,这说明新的市场需求正在创造新机遇,这无疑是好事情。

1

他认为通信、物联网、边缘计算、工业电子、消费电子、LED显示领域是未来本土FPGA可以大展宏图的领域,而对于数据中心、汽车电子、高端医疗影像等这些高大上的领域,本土厂商还不宜贸然进入带实力成长后可以考虑择机进入。他认为本土FPGS还有一些短板需要解决,主要表现在产品性能可靠性、开发工具、FPGA专利、软件支持等领域,目前FPGA领域的领头羊赛灵思和英特尔双双发力软件开发,这也是一个很好的榜样。

二 紫光同创的策略

1

紫光同创市场总监吕喆在本次论坛上发表了“FPGA市场介绍及应用趋势分析”主题演讲。他在演讲中指出: “近几年,国内FPGA厂商慢慢被产业熟知,关注的人也越来越多,也逐渐得到市场的认可,在国家政策支持下,国产FPGA产业迎来难得的发展机遇”,吕喆分享了FPGA市场最新发展情况和趋势,并针对FPGA在5G通信、数据中心、人工智能、工业自动化、汽车电子等新兴市场的应用价值进行了精彩地解读。

1

在本次展会中,紫光同创首次展示了基于28nm工艺的自主产权高速Serdes模块,并在现场演示了6.6Gbps Serdes环回测试过程,将国产FPGA产业进程又向前推进了一大步。同时吕喆也表示,除了即将上市的28nm产品之外,紫光同创也启动了更先进工艺高端FPGA器件的研发工作,有望进一步缩小与国外差距,引领国产FPGA进入新的高度!

三 安路的策略

曾经在国外多家FPGA厂商服务过有丰富FPGA应用开发经验的安路科技FAE总监陈韩然在论坛上做了“挑战和机遇 - 对FPGA产业发展的思考、探索和分享”的主题演讲,他就FPGA发展历程、未来趋势、国内外产业发展差异,以及安路科技未来发展等内容进行分享。

1

陈韩然表示,“通信行业对FPGA技术、产品和质量体系要求非常高。现在的国产芯片只能满足小部分通信应用需求,低价并不是可持续的,只有不断创新发展高性能产品才是中国FPGA的目标。面对严峻的国际形势,结合中国这独特而巨大的市场需求,我们要充分利用零距离贴近市场的优势,往下扎根,向上结果,升级管理和技术服务理念,优化先进流程和模式,稳扎稳打地走有自己特色的成功之路。” 

四 西安智多晶的策略

1

同样在国外工作20多年回国创业的西安智多晶CEO在论坛发言指出,FPGA要做好细分市场,FPGA芯片凭借灵活性和可再编辑性在集成电路行业倍受欢迎,可以广泛运用于LED驱动、视频监控、通信网络等行业。在这些应用场景上,智多晶一直在持续研发新品应对所需。

1

他表示目前智多晶通过与上下游紧密结合,和小米、UMC等结成战略合作伙伴,对于雷军提出“IoT+5G+AI”的发展战略,智多晶不断调整路线布局,从客户端的需求出发,更高效地发挥FPGA的灵活性。未来,智多晶将从封装和嵌入式两个方向发展FPGA。2020年,智多晶将推出新一代28纳米FPGA芯片,规模在200K-300K范围的产品。

1

四 雪湖科技:实现FPGA AI

1

雪湖科技工程师殷庆瑜发表了"一样的FPGA不一样的加速"的主题演讲,他指出,雪湖科技专注于深度学习加速器和FPGA硬件加速,创始人张强曾经参与包括美国NASA在内高精尖FPGA加速项目。

他认为用设计ASIC的思路让FPGA来加速可以大幅度提升能效比,同时兼得FPFA的灵活性。雪湖科技可为人工智能、金融交易、工业控制、生物医药、气象研究等提供一站式FPGA加速技术解决方案。

1

在本次论坛上,雪湖科技全新发布了DCU(Deep-learning Computing Unit )深度学习运算单元产品线,这是雪湖科技基于FPGA芯片打造的深度学习硬件加速产品线,涵盖Yolo V3和Yolo V3 Tiny的目标检测算法加速产品Yolo系列在此发布。Yolo系列是雪湖科技DCU产品线的首个系列产品,针对不同场景的多元需求,雪湖科技基于FPGA芯片ZU3和ZU7打造了四个产品,提供针对目标检测需求的一站式解决方案。事实上,Yolo系列也是雪湖科技首个大范围落地的产品。

Yolo系列是业内最流行的目标检测算法,凭借Yolo V3 Tiny的“快如闪电”,及Yolo V3的精确度优势,它一度被誉为目标检测网络的巅峰之作。相较于GPU芯片,基于FPGA芯片打造的Yolo目标检测算法产品在吞吐量的增加、时延的降低方面展现了强劲的性能。

1

以Yolo V3 Tiny为例,在FPGA ZU7芯片上,其呈现了高帧率(127FPS)、低时延(7.9ms)的硬件加速性能。相较于 GPU Jetson TX2,拥有更高帧率(FPS增加 8 倍)、更低时延(时延降低 8 倍)、更低功耗、更高性价比的特点。而在ZU3芯片上,相较于 GPU Jetson TX2吞吐量提高3倍(49FPS),时延降低至1/3(20ms),功耗降低数倍。他表示雪湖科技的算法也可以移植到本土FPGA上,携手本土FPGA一起实现AI加速。

1

五 Efinix如何创新FPGA架构?

1

作为本次论坛神秘主角的Efinix™ 公司最后出场,有23年FPGA应用经验的Efinix中国区销售经理张永慧发表了《没有创新,难以生存! 打破神话,绝地求生》的主题演讲,分享了Efinix在FPGA架构创新方面的经验,这家成立于 2012 年的FPGA新创企业创始人团队来自知名FPGA 企业,并有丰富的FPGA设计经验,张永慧说Efinix 的使命是在可编程逻辑行业实行恃破性的创新,并创造市场。经过深入研发以及与主要客户的紧密合作,Efinix已经成功地推出了 Quantum™ 可编程加速器技术。与传统 FPGA 技术相比,Quantum™ 技术可将面积利用率提高 4 倍。这技术使ASIC,ASSP和FPGA领域的高级可编程硅产品实现。

1

他表示平均分布的布线资源往往难以满足实际设计的局部布线要求,例如下图中局部堵塞 (红色区域)就是整个芯片的短板、而闲置资源 (绿色区域)无法移动,只能被浪费,因此增加整体布线资源可以缓解局部 堵塞,但却造成其它区域更大的浪费。

1

他表示Efinix的产品与传统FPGA相比面积缩少2至4倍、功耗减少一半、 7层金属、采用通用硅工艺 、相同性能、 Hybird P&R平台等优势明显。

1

他进一步解释说,在传统的FPGA中,用于布线的单元和用于实现逻辑功能的单元是分开的,这也造成了布线的困难并限制了性能。在Efinix提出的Quantum FPGA技术中,一个单元既可以是逻辑单元,又可以是布线单元,可以根据需要灵活配置。这样一来,Efinix的Quantum FPGA的布线可以更加灵活,因此可以实现更高的速度和更低的功耗。

他表示Efinix以35人团队在12个月内完成了有120K逻辑资源的Trion系列产品的开发,这也给中国市场带来了更多选择。例如这个产品可以应用到工业摄像和显示系统中这是他的介绍视频。

Efinix的架构创新吸引了来自赛灵思、三星电子和香港X科技基金以及一些其他公司的投资,这也说明了FPGA领域的创新是最受瞩目的。

六 本土FPGA面临的三大挑战

在今年的中美贸易战中,小小的FPGA也成为“卡脖子”的器件,在一些关键领域如5G、边缘计算中,FPGA用户对本土FPGA厂商寄予厚望,据说华为就派出了20多人的团队和本土FPGA一起优化FPGA应用。

本土FPGA仅做替代市场就有很大需求,而且FPGA应用领域毛利丰厚,还有很多增量市场可以挖掘,所以本土FPGA未来前景美好,但本土FPGA要发展也面临巨大挑战,在本次论坛的圆桌讨论环节,嘉宾们直面了本土FPGA的三大挑战。

1

挑战一、工艺挑战

目前赛灵思公司已经发展到7nm工艺,明年将推出基于5nm的FPGA产品,而本土公司紫光同创、安路科技和西安智多晶明年将推出28nm工艺产品,在工艺上,落后了近四代。另外采用新工艺后产品的稳定性如何?可靠性如何?低功耗如何优化都是挑战。

挑战二、开发工具和软件环境

目前赛灵思和英特尔在FPGA软件开发上投入了巨大的人力和财力,进行高层次工具,试图让更多人可以方便地使用FPGA,设置软件人员都可以用C语言进行FPGA开发,但是国内还没有一家FPGA公司可以实现这样的功能,由于FPGA架构的特殊性也难以开发一个通用的开发工具,因此本土FPGA开发成本较高,也阻碍了产品的普及,但嘉宾们认为在高层次综合方面可以有通用性的工具加速FPGA开发。

挑战三、缺乏FPGA人文氛围和领军人物

与会嘉宾认为FPGA是个特殊产品,FPGA的设计不同于其他产品可以通过人海战术可以实现产品,也不可能通过挖角其他公司人才来实现产品的突进,FPGA设计需要既懂半导体电路又懂计算机架构的复合型人才,而且,它更需要领军人物去引领产品发展,欧美FPGA的发源地是加拿大多伦多大学,而中国目前还没有一所大学是专门研究FPGA架构的。

嘉宾们呼吁国家在关注这个器件的时候更注重其基础研究,在中国打造FPGA设计和架构文化,培养更多专门人才实现突破。(如果要交流本土FPGA发展,欢迎大家加richard6761微信号入群交流)。

总之,FPGA前景很美好,但是本土FPGA要大发展,除了资金外还需要更多的支持!

注:本文为原创文章,转载请注明作者及来源

围观 43

现有的数控系统中多采用工控机加运动控制卡的计算机数控系统方案进行运动控制器的设计。随着工控机整体功能日趋复杂,对运动控制系统的体积、成本、功耗等方面的要求越来越苛刻。现有计算机数控系统在运动控制方面逐渐呈现出资源浪费严重、实时性差的劣势。此外,数控系统的开放性、模块化和可重构设计是目前数控技术领域研究的热点,目的是为了适应技术发展和便于用户开发自己的功能。

本文基于ARM和FPGA的硬件平台,采用策略和机制相分离的设计思想,设计了一种具有高开放性特征的嵌入式数控系统。该数控系统不仅具备了以往大型数控系统的主要功能,还具备了更好的操作性和切割性能,而且在开放性方面优势更为突出,使数控系统应用软件具有可移植性和互换性。

1 基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统整体方案
  
基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统结构如图1所示。按照模块划分的思想,本文将控制器分为人机交互、插补算法和通信三部分。系统中 ARM采用三星公司推出的16/32位RISC微处理器S3C2440A,它采用了ARM920T内核,核心频率高达400MHz。FPGA采用 Xilinx公司Spartan 3E系列的XC3S250E。
  

基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统设计
图1 基于ARM+FPGA的嵌入式数控系统结构

  
2 S3C2440A控制系统
  
ARM作为数控系统的控制核心主要负责对从数据存储器中读取或直接从上位PC或网络获得的零件加工代码和控制信息进行译码、运算、逻辑处理,完成加工数据的粗插补以及人机界面和数据通信。ARM系统是整个数控系统的控制核心,在嵌入式操作系统的管理下,采用分时处理的方式实现整个系统的信息处理和粗插补运算,通过键盘、触摸屏等输入装置输入各种控制指令,对数控系统的实时运行状态通过LCD、指示灯等显示,实现人机友好交互。基于 S3C2440A控制器有各种通信接口,包括RS232、RS485、以太网口、USB等接口模块。通过这些接口实现文件传输和网络控制。
  
嵌入式数控的软件系统总体结构如图2所示。系统的软件结构主要分为两部分:操作系统软件和数控应用软件。由于数控系统是个实时多任务系统,实时性要求很高,为保证各个任务的协调执行,本系统采用了μC/OS-II实时操作系统作为软件平台。
  
基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统设计
图2 嵌入式数控的软件系统总体构图

  
要实现该操作系统在S3C2440A微处理器平台上的正常运行,需要修改与处理器类型有关部分的代码,操作系统移植需要完成的工作是改写三个文件,即改写文件0S_CPU.H、0S_CPU_A.ASM和OS_CPU_C.C。其中0S_CPU.H包括了用#define语句定义的,与处理器相关的变数、宏和类型。0S_CPU_A.ASM中定义了几个汇编语言函数,包括中断服务程序的中断向量地址等。如果某些C编译器允许在C语言中直接插入汇编语言语句,就不一定需要,用户可以把所需的汇编语言代码直接放到OS_CPU_C.C文件中。
  
3 ARM和FPGA的接口设计
  
为使系统能够按照预期设计良好工作,首先要从硬件上实现ARM和FPGA之间的可靠通信。本文采用的方案是在FPGA上实现SRAM时序,将FPGA作为一块特殊的内存设备挂接到ARM的内存地址空间。这样在ARM端只需要编写SRAM的驱动程序就可以实现对FPGA端的数据写入和读取。
  
3.1 SRAM时序
  
SRAM时序分为读时序和写时序两种。当CPU对SRAM进行读操作时,首先会在地址线上写入正确的地址信号,接着是对SRAM芯片的片选信号,然后是对芯片的读信号,之后经过一定的振荡期后CPU在数据线上读到稳定的有效数据。
  
当CPU对SRAM进行写操作时,首先会在地址线上写入正确的地址线号,接着是对SRAM芯片的片选信号,然后是对芯片的写信号,在写信号上升沿之前CPU会在数据线上准备好有效数据,以供SRAM芯片在写信号上升沿将数据写入相应的地址单元。
  
3.2 FPGA端SRAM实现
  
ARM和FPGA的通信需要的接口信号有地址线A0-A15、数据线D0-D15、片选信号nCS,读信号nRD和写信号new,每次需要实现16位数据的读写。用Verilog硬件语言描述SRAM时序如下:
基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统设计

  
可知只有在片选信号、读信号都拉低而写信号仍为高的情况下,才在data线上输出地址线上对应单元的数值,其他情况下FPGA都将data线置为高阻态,放弃对data线的控制。
  
4 基于FPGA的DDA精插补器设计
  
随着FPGA器件及其开发技术的日臻成熟,采用FPGA实现运动控制的方案显示出巨大的潜力。由于FPGA的设计是并行的、多线程,而且具有在线可编程能力,兼备了速度快和成本低的优点,同时克服了专用处理器灵活性方面的不足。基于FPGA的DDA精插补器相对传统的软件插补具有强大的优势。
  
4.1 数字积分插补算法
  
目前比较成熟的数控插补算法有逐点比较法、最小偏差法和数字积分法等,数字积分法又称数字微分分析器(Digital Differential Analyzer,DDA)。采用该方法进行插补,具有运算速度快、逻辑功能强、脉冲分配均匀等特点,可实现一次、二次甚至高次曲线插补,易于实现多轴联动。
  
数字积分插补算法是将函数的积分运算转换成变量的求和运算。如果所选择的脉冲当量足够小,则用求和运算代替积分所引起的误差可以不超过允许的数值。采用两个寄存器(函数寄存器和累加寄存器)和一个全加器构成数字积分器,将单位周期选得足够小,每单位周期都向累加器累加函数寄存器中的数值,如果累加器溢出,就向外发送脉冲,实时地改变函数寄存器的值,就可以完成步进电机的调速。DDA插补控制器设计的硬件描述语言程序的流程图如图3所示。

基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统设计
图3 DDA插补控制器设计的硬件描述语言程序的流程图

  
4.2 数字积分插补的FPGA实现
  
采用有限状态机的设计方法,每个轴的数字积分插补均由一个三状态机的积分累加器完成。本系统的FPGA开发环境为Xilinx公司的 Xil inx ISE,并结合ModelSim仿真软件对整个系统进行了全面的功能验证。如图4所示为DDA插补模块的顶层RTL级原理图,由图5可知DDA插补模块的输入信号为各轴的起始坐标以及时钟信号和启动信号,输出信号为各轴的脉冲信号和方向信号。

基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统设计基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统设计
图5 DDA插补模块仿真波形

  
运用ModelSim仿真软件对DDA插补模块进行仿真验证。测试数据的起点坐标为(0,0,0)终点坐标为(8,15,11),仿真结果如图5所示,显示系统很好的完成了三轴的脉冲分配。
  
4.3 加减速控制模块
  
加减速控制是数控系统的关键技术之一,也是实现数控系统高实时性的瓶颈。数控系统中,为了保证机床在启动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡,必须对进给电机的脉冲频率或电压进行加减速控制。即当机床加速启动时,保证加在电机上的脉冲频率逐渐增加;而当机床减速停止时,保证加在电机上的脉冲频率逐渐减小。目前,电机加减速的常用控制方法是梯形加减速控制和S形加减速控制。本次设计采用两种控制方案以适应不同工作场合的要求。
  
4.3.1 梯形加减速
  
梯形加减速是指在加减速过程中加速度为常数,速度曲线为梯形的加减速过程。梯形加减速控制算法简单、易于实现,但在加减速过程中加速度曲线不连续会导致驱动机构的振动和冲击。正常情况下梯形加减速运动过程如图6所示分为加速段、匀速段和减速段三个阶段。
  
基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统设计
图6 正常情况下梯形加减速运动过程

  
图7所示为ModelSim对梯形加减速模块的仿真结果,可以看到插补器输出的脉冲速度曲线呈现梯形,输出脉冲的频率的大小随速度的变化而变化,实现了电机的梯形调速。
  
基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统设计
图7 ModelSim对梯形加减速模块的仿真结果

  
4.3.2 S形加减速
  
S形加减速是指在加减速时,加速度导数为常数,速度曲线为S形曲线的加减速过程。通过控制加速度导数来避免加速度突变,减小加工过程中由于加速度突变引起的机械系统振动。S形曲线速度控制可以得到平滑的速度曲线,但算法复杂,运算时间长。
  
基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统设计
图8 S形加减速曲线图

  
S形加减速中加速度相对加速度导数的变化规律相当于直线加减速中速度相对加速度的变化规律。如图8所示为S形曲线加减速的曲线图,图中从上到下依次为速度曲线、加速度曲线以及减速度曲线。从图中可以看出,正常情况下S形加减速分为:加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段和减减速段七个阶段。加速度连续,调速光滑,不会导致驱动机构的振动和冲击。
  
基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统设计
图9 ModelSim对S形加减速模块的仿真结果

  
图9所示为ModelSim对S形加减速模块的仿真结果,可以看到插补器输出的脉冲速度曲线呈现梯形,输出脉冲的频率的大小随速度的变化而变化,实现了电机的S形调速。
  
5 结束语

本文给出了一种基于ARM和FPGA的开放性的嵌入式数控系统,突破了传统的计算机数控系统架构,采用ARM处理器S3C2440A和 FPGA器件XC3S25 0E和μC/OS-II嵌入式实时操作系统组成的数控系统软硬件平台,充分利用了ARM微处理器的高速运算能力与FPGA的快速配置能力,大大减少了系统的外围接口器件,并具有良好的稳定性、模块化、可扩展性、可移植性等特点,有利于实现数控系统的开放化和网络化,有效地降低了系统成本,适合我国数控系统发展的需要,具有广阔的应用前景。

来源: 电子产品世界

围观 507

页面

订阅 RSS - FPGA