电子产品世界

　　对于硬件设计人员，具有嵌入式处理器的FPGA器件的优势是非常明显的。很多操作系统公司提供全面支持，对功能进行改进，因此，很多软件工程师开始采用基于FPGA的系统，发挥其优势，延长产品生命周期。硬件和软件工程师需要进行一定的投入来学习C程序软件编程和FPGA设计的VHDL编程。但是，一旦设计人员决定采用FPGA设计方法，FPGA比仅采用MCU和DSP器件的解决方案性价比更高，更灵活。

　　对多个设计进行修改

　　以本文使用驱动为例，如果从这一基本平台开发的y产品具有不同的特性，那么，设计团队必须首先在每块电路板的x器件上实现其硬件和软件，花费t时间，然后，对这些产品例化硬件和软件y次，花费t2时间来完成多个产品。这带来的成本因素是((x × t) × (y × t2))。设计团队已经知道这一方法并不简单，产品无法迅速面市，不能降低包括开发、改进、支持、维护和替换成本等在内的产品生命周期成本。

　　为简化这一过程，设计人员可以利用Cyclone系列体系结构，设计支持多条产品线(SKU)和多种功能的通用硬件平台(如图3)。在最初设计基础上，对于每一后续产品，基于FPGA的产品支持工程师重新配置Cyclone系列FPGA，不需要重制PCB(印制板)，节省了设计团队数月的工程工作时间。

　　考虑驱动生产商提供支持多种网络协议的产品这一实例，例如EtherCAT、PROFINET (RT/IRT)和Modbus/TCP等。MCU/DSP解决方案不仅需要额外的器件来支持通信通道，而且还需要三块电路板。对于设计人员，开发或者许可协议专用MAC IP (如果需要)和协议专用堆栈，三块电路板的成本会高达$300K (每块电路板$100K)，而且还要考虑相应的软件开发成本。

　　但是，设计人员可以使用Cyclone或者MAX 10 FPGA，在相同的FPGA上集成驱动控制和工业以太网，使用相同的硬件平台支持多条产品线(SKU)和所需要的功能。在前面提到的实例中，不需要开发三块电路板(每一IE协议标准一块)，供应商在产品中使用很少的元器件和PCB，节省了$150K到$200K的MCU/DSP开发成本，显著降低了BOM成本。由于减少了PCB电路板设计，生产商也简化了与产品存储和运输相关的物流过程。考虑到所有开发资源和时间因素后，FPGA设计方法有助于工程师克服((x × t) × (y × t2))成本问题。

　　当设计发挥了FPGA器件的最大能力后，设计人员可以将设计移植到高密度器件或者重新编译设计，迅速采用其他的Altera FPGA。从另一角度看，这还是一种快速更新方法，使设计人员能够集成功能，在电路板上减少甚至不采用MCU、DSP和其他元器件。

　　发挥较长生命周期的优势

　　产品可靠性有利于降低长期TCO。而且，与Altera FPGA相比，很多MCU和DSP器件的生命周期要短得多，通常在5到7年范围内，这是因为它们的供应商会比Altera更快停止供应成熟器件，如图4所示。Altera的策略是支持较长的产品生命周期，一般能够达到15年。

　　处理器的支持

　　对于出于性能原因而需要外部主机处理器的应用，设计人员可以采用主流体系结构，例如，Intel^® ATOM™处理器和其他基于PCI Express^® (PCIe^®)的处理器。设计人员可以利用这类处理器体系结构强大的软件回显系统。他们还可以使用这些处理器提供的高速PCIe接口，与I/O辅助芯片进行通信，集成外设和I/O阵列，支持各种工业以太网协议、SATA和其他IP。图5所示为灵活的Altera FPGA I/O辅助芯片体系结构。

关键词： 嵌入式 FPGA 工业以太网 DSP TCO MCU 201503