消費(fèi)類手持設(shè)備" title="手持設(shè)備">手持設(shè)備市場(chǎng)正呈跳躍式發(fā)展。便攜式產(chǎn)品處理能力不斷增加，所支持的應(yīng)用越來越多；產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，新產(chǎn)品必須滿足上市時(shí)間要求，以便獲得最大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)；產(chǎn)品生命周期的縮短要求縮短開發(fā)周期，同時(shí)更加強(qiáng)調(diào)可復(fù)用性和可重復(fù)編程能力。新興手持設(shè)備市場(chǎng)還有一個(gè)有趣的趨勢(shì)，即一個(gè)系列中的每種設(shè)備的出貨量越來越少，但系列設(shè)備間的定制功能卻越來越多，進(jìn)而有效提升了產(chǎn)品的總出貨量。這樣，關(guān)鍵挑戰(zhàn)就變成了如何開發(fā)一個(gè)可廣泛復(fù)用同時(shí)又可定制的系統(tǒng)。

　　為應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，越來越多的設(shè)計(jì)人員開始使用FPGA" title="FPGA">FPGA進(jìn)行手持產(chǎn)品的開發(fā)。FPGA的功能日益強(qiáng)大和豐富，而門數(shù)、面積和頻率也在不斷增加。FPGA的開發(fā)和周轉(zhuǎn)時(shí)間要比定制ASIC短得多，可重復(fù)編程的額外優(yōu)勢(shì)使得FPGA成為手持嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中頗具吸引力的解決方案。在基于ASIC或FPGA的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)真考慮某些性能標(biāo)準(zhǔn)，他們面臨的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在面積、速度和功耗" title="功耗">功耗方面。

　　與ASIC一樣，供應(yīng)商在FPGA設(shè)計(jì)中也需要應(yīng)對(duì)面積和速度的挑戰(zhàn)。隨著門數(shù)不斷增加，F(xiàn)PGA需要更大的面積和尺寸來適應(yīng)更多的應(yīng)用，設(shè)計(jì)工具需要采用更好的算法以便更有效地利用面積。不斷演進(jìn)的FPGA技術(shù)也給設(shè)計(jì)人員帶來一系列新的挑戰(zhàn)，電源利用率就是其中之一，這對(duì)于為手持或便攜式設(shè)備設(shè)計(jì)基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)來說是急需解決的問題。

　　嵌入式系統(tǒng)中的FPGA

　　典型的嵌入式系統(tǒng)由處理器、存儲(chǔ)器、包括USB、SPI、I2C在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)接口以及液晶顯示器、音頻輸出等外設(shè)組成。設(shè)備的核心仍是處理器和處理器接口，它們通過板載連線連接到各個(gè)外設(shè)。系統(tǒng)性能主要取決于處理器性能，而處理器通常具有非常標(biāo)準(zhǔn)的架構(gòu)，因而不容易定制。

　　有時(shí)處理器可能忙于處理來自低速外設(shè)的信息，雖然在這種情況下處理器使用率可能達(dá)到100%，但并不是在做以微處理器為中心的事務(wù)，而是工作在特別低的性能水平。不管其內(nèi)核頻率是多少，微處理器必須等待來自低速時(shí)鐘的數(shù)據(jù)。這也會(huì)導(dǎo)致較高的功耗，因?yàn)樘幚砥鞯睦寐适?00%。其結(jié)果將縮短電池壽命，并且需要更大的散熱器或風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，最終影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

　　于是，F(xiàn)PGA在這方面開始發(fā)揮重要作用，因?yàn)樗鼈兡軓奶幚砥餍遁d許多外設(shè)交互任務(wù)。如圖1所示，利用標(biāo)準(zhǔn)千兆TCP/IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的未壓縮音視頻數(shù)據(jù)流的嵌入式分布系統(tǒng)。它有一個(gè)專用DSP處理器，這個(gè)處理器通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)總線接口與賽靈思的FPGA相接，F(xiàn)PGA再連接到各個(gè)低速外設(shè)。

　　圖1：用于音頻/視頻分布系統(tǒng)的FPGA架構(gòu)。