|
微控制器在汽車和消費類市場上得到了廣泛的應用，其主要優勢在于能夠以相對較低的成本實現系統高度集成。然而，這類產品也有潛在的成本問題。例如，如果元件功能不切合要求，就必須采用外部邏輯、軟件或其他集成器件來進行擴展。此外，隨著最終市場需求的迅速變化，微控制器會很快過時。許多具有一定數量專用接口的特殊功能微控制器在經過短期試用后，并不能完全滿足市場需求，系統供應商不得不重新設計硬件和軟件，甚至在某些情況下對處理器內核進行改動。 ASSP微控制器面臨的兩難 傳統微控制器生產商面臨影響整個市場的兩難問題。微控制器是專用產品，因此，對每一種應用，必須采用新的不同特性的微控制器。為了能夠以一種微控制器內核結構來應對更廣闊的市場，生產商提供系列微控制器，其型號接口和功能各不相同。可是這些混合特性在很多時候并不能完全滿足用戶需求，因此，為了擴大客戶群，必須圍繞具體內核結構開發新的接口和功能。 采用老技術以較低的生產成本來實現微控制器時，這種策略非常成功。然而，現在為提高系統集成而采用了最新的工藝技術，這樣，開發新型微控制器的成本大大增加。只有很少的客戶需求有很大的產量，這表明專門 針對一個客戶來生產這類專用器件不再是可行的商業行為。結果是新型微控制器趨向于標準產品而不是專用器件，其功能越來越多，以吸引整個市場。雖然這些附加特性使微控制器功能更強，但也大大提高了成本，更難應用于對成本敏感的市場，如汽車和消費類電子。不從根本上著手芯片功能，很難解決這一兩難問題。 靈活的微控制器解決方案 對該問題一種可能的解決方案是采用FPGA來靈活地實現芯片功能。這些器件大大縮短了工程開發時間，降低了芯片多次試制的成本，是微控制器有力的替代方案。在設計過程中，FPGA不像微控制器那樣會漏掉某些特性，它可以編程，并根據需要重新編程，快速完成原型開發，更迅速地將產品推向市場。如果需求變化了，甚至還可以在現場對其進行更新——即使是器件已經在產品中應用了。 汽車系統圖像控制器應用就是FPGA優于傳統控制器的一個例子，如圖1所示。盡管汽車市場需要低成本FPGA來實現圖像等各種功能，但要采用大量的芯片，因此，在可編程器件中實現復雜功能的成本太高了。 汽車信息娛樂平臺 而靈活的微控制器不但性價比好，而且非常切合用戶需求。以采用了90nm結構化的ASIC，Altera HardCopy器件為例，它性價比高，作為基本芯片，其功能在大量經過預定義和靈活的構建模塊庫中進行選擇，可以針對客戶需求進行定制。 總線體系結構 傳統上，微控制器一直采用單總線，由仲裁器對總線監控，分配資源。這對總線而言非常不利，作為系統的中心資源，它很快就成為瓶頸。因此，較新的系統采用多層總線，特別是多條總線并行工作的SoC。 考慮到EMC和功耗問題，有時可以采用和系統其他部分運行速率不同的外圍模塊。當以更高的速率運行存儲器接口，使訪問時間相對較短，而系統其他部分運行在較低時鐘速率時，這種方法比較有用。還可以將許多采用低時鐘速率便能夠工作的模塊整合到一起。為滿足EMC或者功耗要求，使用SOPC Builder等工具能夠輕松地將這些單元與其他運行速率很高的系統分開。這樣可以自動生成同步不同時鐘域所需的邏輯，而設計人員只需要指定哪些模塊運行在給定的時鐘域上。 在FPGA中實現微控制器 由于這類系統要比簡單的圖像控制器復雜得多，在大多數情況下，FPGA被用作原型開發工具。采用FPGA作為原型大大降低了開發風險，它可以進行全面的驗證、固件開發和現場測試。 使用FPGA進行原型開發意味著工程師可以在系統運行器件，在真實的環境中進行測試。這樣，工程師能夠確定仿真過程中難以發現的潛在設計缺陷。 對系統進行現場測試有利于發現系統和器件缺陷，而這在實驗室中卻難以實現。在很多情況下，銷售人員為獲得訂單而有必要進行系統演示。對于最初的規范，還需要加入某些新特性和功能。不論是以前沒有發現的問題還是加入新特性，FPGA原型開發可以迅速進行修改，不但沒有較大的一次性工程成本，而且生產周期較短。 靈活的微控制器解決方案中的最終單元是ASIC開發。建立并測試原型系統后，Altera可將其轉為HardCopy結構化ASIC。與其他的結構化ASIC不同，HardCopy器件使用和FPGA原型相同的構建模塊，因此，不必重新對設計進行綜合，或者進行更多的驗證。使用 HardCopy器件的周轉時間較短，設計人員可以很快完成FPGA邏輯，有效降低成本。 結論 下一代汽車電子系統需要采用非常專業的低成本器件，以滿足市場需求。考慮到目前工藝技術開發成本的攀升，對傳統微控制器進行專門處理有些不切實際。而針對較大市場范圍的多功能器件價格昂貴，也不實用。相反，靈活的微控制器方案針對具體應用開發合適的微控制器，在FPGA中實現原型開發。設計完成后，甚至是在設計過程中就可以立即進行驗證、軟件開發和現場測試。對于批量生產，FPGA設計直接映射到HardCopy結構化ASIC，而不用重新綜合或者再次驗證。 |
