| 近年來,可編程邏輯器件(PLD)一直呈現(xiàn)很好的發(fā)展態(tài)勢,PLD靈活方便,不僅性能、速度、連接具有優(yōu)勢,而且可以縮短上市時間,因此,應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。隨著通信設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸,以及計算技術(shù)的高速化和復(fù)雜化,對PLD的集成度和性能提出了越來越高的要求,因而可編程片上系統(tǒng)或平臺,也即可編程SoC就應(yīng)運而生。
為了在增長潛力巨大的通信市場占有更大的份額,業(yè)界重要的可編程邏輯器件制造商都先后推出了自己的系統(tǒng)級產(chǎn)品。概括起來大致是采用兩種方法來實現(xiàn)可編程SoC,一種是在可編程器件FPGA中嵌入CPU內(nèi)核,獲得可編程系統(tǒng)平臺;另一種是將可編程模塊置入ASIC之中,得到具有可配置功能的ASIC。本文介紹幾個主要PLD制造商推出的可編程SoC產(chǎn)品供讀者參考。 Actel公司的VariCore內(nèi)核和ProASIC Plus FPGA
Actel 公司是反熔絲（一次性燒寫）PLD的領(lǐng)導(dǎo)者,由于反熔絲PLD抗輻射,耐高低溫,功耗低,速度快,所以在軍品和宇航級上有較大優(yōu)勢。
Actel的VariCoreTM是基于SRAM的嵌入式可編程門陣列 (EPGATM) IP內(nèi)核, 采用Chartered半導(dǎo)體制造公司的0.18μm加工工藝制造。VariCore EPGA IP具有小的片上可重編程SoC裸片面積,比標(biāo)準(zhǔn)FPGA 的性能/裸片面積比更高,也比其他標(biāo)準(zhǔn)軟件 IP方案具有更佳的性能/功耗比,是完整的從前端至后端的嵌入式“軟硬件”可重編程內(nèi)核,可用于ASIC 和ASSP的系統(tǒng)級芯片中,增強ASIC和ASSP SoC設(shè)計的靈活性,有效降低設(shè)計風(fēng)險,加速產(chǎn)品投放市場。
Actel公司的ProASIC Plus是基于閃存的微粒結(jié)構(gòu)FPGA系列產(chǎn)品,為系統(tǒng)設(shè)計者提供一個可行的ASIC替代方案。該產(chǎn)品解決了困擾第一代ProASIC的制造產(chǎn)能率問題。
ProASIC Plus比上代產(chǎn)品的功能更加齊全,但仍是價格低廉的主流產(chǎn)品,可滿足幾乎一半ASIC市場的需求。據(jù)估計,該產(chǎn)品最高達100萬系統(tǒng)門(約30萬ASIC),足以滿足44%的ASIC設(shè)計需要。新的ProASIC Plus FPGA器件兼具ASIC的密度和低成本,以及可編程邏輯器件的面市速度快等優(yōu)勢。
ProASIC Plus器件采用0.22μm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝,內(nèi)置有閃存單元,因此具有可再編程及安全的非易失代碼存儲功能。Actel稱,其細粒結(jié)構(gòu)比典型的粗�？删幊踢壿嫿Y(jié)構(gòu)能更好地轉(zhuǎn)換到ASIC。
ProASIC Plus器件工作電壓為2.5/3.3V,工作頻率高達100MHz。該系列產(chǎn)品包含6個型號,系統(tǒng)門數(shù)從15萬到100萬不等,包括嵌入式RAM、高速可配置I/O和多個片上PLL等。
有關(guān)VariCore和ProASIC Plus的更多信息請訪問：http://www.actel.com。 Altera公司的Excalibur 嵌入處理器方案和Stratix 器件
Altera的StratixTM器件構(gòu)建在新的MultiTrackTM布線結(jié)構(gòu)之上,是一種基于模塊的設(shè)計,使用戶能夠方便地以一些小功能模塊構(gòu)建復(fù)雜的設(shè)計。其性能比Altera的APEXTM II器件提升40%,內(nèi)核尺寸比以前的體系小35%,提供多達10Mb的RAM和114 140個邏輯單元,是相近產(chǎn)品存儲容量的3倍,多21 000個邏輯單元。另外,Stratix器件包括了專用DSP功能,能夠?qū)崿F(xiàn)比一般PLD快兩倍的DSP和復(fù)雜計算應(yīng)用,是容量大又速度快的可編程邏輯器件。
Altera稱Stratix器件在PLD中最大程度地集成內(nèi)存、邏輯單元和DSP功能。為客戶提供和ASIC一樣強大的產(chǎn)品,同時又具有可編程邏輯的全部優(yōu)勢。 Altera可以為客戶提供不同內(nèi)存、DSP和I/O設(shè)計需求的解決方案,公司方案中心http://www.altera.com/solutioncenters,為客戶提供許多相關(guān)信息服務(wù)。
Altera推出了多種ExcaliburTM嵌入處理器方案,交叉采用ARM、MIPS以及Nios等多種內(nèi)核。新的基于ARM處理器的Excalibur嵌入處理器方案,基于APEX器件體系,集成了ARM922T處理器,運行速度可達200MHz。除了處理器內(nèi)核及其相關(guān)緩沖和存儲管理單元外,這種基于ARM的Excalibur器件還包括外加的內(nèi)部SRAM和DPRAM存儲器、外設(shè)、外部存儲控制器和軟件調(diào)試的JTAG接口,可編程邏輯可多達38400個邏輯單元。
這種Excalibur嵌入處理器解決方案在PLD結(jié)構(gòu)中集成了處理器子系統(tǒng),使設(shè)計人員能夠在處理器主導(dǎo)模式下引導(dǎo)系統(tǒng)和動態(tài)配置可編程邏輯。Nios軟核和基于ARM的嵌入處理器為可編程單芯片系統(tǒng)（SOPC）提供了靈活性。
關(guān)于Excalibur嵌入處理器方案的更多信息,請瀏覽http://www.altera.com/products/devices/excalibur/exc-index.html。 ATMEL公司的FPSLIC系列產(chǎn)品
Atmel公司推出的AT94K和AT94S系列現(xiàn)場可編程系統(tǒng)級芯片(FPSLIC),是將組成基本系統(tǒng)所需的邏輯、外設(shè)、存儲器和微控制器等嵌入式系統(tǒng)模塊集成在一片基于SRAM的現(xiàn)場可編輯器件上,實現(xiàn)單芯片可編程SoC。
FPSLIC把AT40K FPGA和一個高性能AVR 8位RISC MCU結(jié)合在一起,有兩個UART、一個時鐘計數(shù)器、可編程I/O、36K SRAM,所有的這些都集成在一個芯片上,能節(jié)約70%的芯片面積,50%的功耗,同時性能也提高了50%。FPSLIC可在FPGA內(nèi)對附加的外圍設(shè)備和定制邏輯電路進行編程,與使用分立元件的和其他類型方案相比,可以加快產(chǎn)品面市時間。AVR微控制器和FPGA邏輯電路的微碼可以無數(shù)次重新配置,從而使FPSLIC器件成為開發(fā)基于單集成電路的多端產(chǎn)品的理想平臺。
AT94K集成了5000～40000門的FPAG,1MIPS AVR RISC微控制器,36Kb SRAM,以及UARTS、定時器/計時器、可編程I/O等。
AT94S集成了配置EEPROM,5000～40000門的FPAG,20+MIPS AVR RISC微控制器, 36Kb SRAM,以及UARTS、定時器/計時器、2針串口等外設(shè),可以保證IP的安全。
關(guān)于AT94K和 AT94S的更多信息,請瀏覽http://www.atmel.com。 Lattice公司的FPSC和ORCA FPGA
萊迪思半導(dǎo)體（Lattice Semiconductor）公司在集成ASIC宏單元和FPGA門于同一個硅片的方法方面處于領(lǐng)先位置。他們將該技術(shù)稱之為單片現(xiàn)場可編程系統(tǒng)(FPSC)。與帶有嵌人式FPGA門的ASIC相比,FPSC器件是提供系統(tǒng)解決方案的器件。FPSC器件將ORCA Series 4型FPGA可編程邏輯結(jié)構(gòu)與總線接口、高速線路接口及高速收發(fā)器等內(nèi)嵌的IP核組合起來,形成優(yōu)化的ASIC門。這意味著FPSC器件不僅是單芯片系統(tǒng),而且還是集使用靈活性和高性能于一身的針對復(fù)雜功能的強大的IP載體。嵌入式宏單元擁有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IP核,諸如PCI、高速線接口和高速收發(fā)器。當(dāng)這些宏單元與成千上萬的可編程門結(jié)合起來時,它們可應(yīng)用在各種不同的高級系統(tǒng)設(shè)計中。
Lattice公司的ORCA現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)是構(gòu)建在所熟悉的優(yōu)化重組單元陣列(FPGA)結(jié)構(gòu)上的、新的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)系列。這種FPGA器件系列提供了許多新的特征和架構(gòu)增強特性,早期的FPGA不具備這些特點。結(jié)合靈活的基于SRAM的可編程邏輯強有力的系統(tǒng)特征,豐富的布線層次和互連資源,以及融合多接口標(biāo)準(zhǔn),FPGA的ORCA FPGA系列可以適用于大多數(shù)復(fù)雜、高性能的設(shè)計。
關(guān)于FPSC 和 ORCA FPGA的更多信息請瀏覽公司網(wǎng)站：www.lattice.com,www.latticesemi.com和www.latticesemi.com.cn。 QuickLogic公司的QuickMIPS
QuickLogic的優(yōu)勢是連接邏輯門的方法,該公司使用一種稱作ViaLink的無晶體管連接方法,可以放入更多的信號繞線開關(guān)。該公司早在1999年就推出了在FPGA中集成了類似微處理器和高速串行接口功能的嵌入標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ESP)。
QuickLogic公司新推的QuickMIPS產(chǎn)品系列采用了嵌入式MIPS處理器以及其他專用內(nèi)核。
FPGA的靈活性的QuickMIPS架構(gòu)和開發(fā)平臺,關(guān)注ASSP的性能和經(jīng)濟性,并為用戶增加了可配置靈活性,使工程師在獲得高性能處理器同時可以縮短上市時間。
QL901M基于MIPS科技公司的MIPS32 4Kc內(nèi)核,采用0.25μm工藝時運行速度可達133MHz,而采用0.15μm工藝則可達到175MHz。該芯片集成了45.7萬個系統(tǒng)門、兩個10/100以太網(wǎng)控制器、一個32位66/33MHz PCI接口、多功能存儲控制器和一個中斷控制器。一個32位的高級外設(shè)總線可連接4個32位定時器和兩個UART。
關(guān)于QuickMIPS的更多信息,請瀏覽http://www.quicklogic.com。 Xilinx公司的Virtex-II Pro FPGA
賽靈思（Xilinx）公司是FPGA的發(fā)明者,他們推出的Virtex-II ProTM FPGA系列產(chǎn)品,采用0.13μm工藝,9層金屬結(jié)構(gòu),BGA封裝,是基于Virtex-II系列基礎(chǔ)的高端FPGA。主要特點是在VirtexII上增加了高速I/O接口能力和嵌入了 IBM公司的PowerPC處理器,以解決高性能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所面臨的挑戰(zhàn)。
IBM和Xilinx合作,利用IP植入（IP Immersion）技術(shù),在Virtex-II結(jié)構(gòu)中植入領(lǐng)先的嵌入式處理器結(jié)構(gòu)—IBM PowerPC。Virtex-II Pro系列支持最多達4個運行頻率高達300MHz的PowerPC 405處理器。這種植入方法允許硬IP核心分布在Virtex結(jié)構(gòu)中的任何位置,同時可保持與周圍邏輯陣列的平滑集成。IP植入技術(shù)將核心中的所有高速總線與可編程結(jié)構(gòu)直接密切耦合,從而獲得了比同樣的分立處理器高得多的系統(tǒng)級性能。
Virtex-II Pro FPGA還集成了RocketIOTM技術(shù),這是支持多端口的3.125Gbps串行接口的可編程解決方案。這一集成為高性能接口標(biāo)準(zhǔn),如千兆位以太網(wǎng)、10G以太網(wǎng)、3GIO、SerialATA、Infiniband和FibreChannel,提供了一個完全的解決方案。
Virtex-II結(jié)構(gòu)還包括了先進的主動互連（Active Interconnect）、塊RAM（BlockRAM）和時鐘管理功能。
關(guān)于Virtex-II Pro FPGA的更多信息請瀏覽http://www.xilinx.com。
從上面的介紹中,顯然可以看出,可編程SoC已經(jīng)漸成可編程器件的發(fā)展趨勢。ASIC與FPGA融合的概念得到越來越多的可編程器件廠商的認(rèn)同,盡管FPGA和ASIC各具特點,但這些融合產(chǎn)品逐漸模糊了兩者之間的界限。目前,雖然有許多這種融合的高性能ASIC替代產(chǎn)品進入市場,而且今后的發(fā)展方向也可能是二者進一步融合,但是,據(jù)預(yù)測,在今后一段時間內(nèi)ASIC仍然會占據(jù)高端芯片市場。
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