基于FPGA的嵌入式系统设计

1 概述 1.1 FPGA的特点及其发展趋势 1.2可编程片上系统(SOPC)的基本特征 2 IP资源复用理念与IP Core设计 2.1 IP资源复用理念 2.2 IP Core设计方法：编码风格与项目模板 2.3 IP Core验证：仿真、测试与评估板 3 基于Xilinx FPGA的嵌入式系统设计 3.1 FPGA基本开发流程与开发工具 3.2 处理器IP Core：Micro Blaze与PPC405 3.3 基于Micro Blaze和PPC405 Core的SOPC软硬件开发

基于FPGA的嵌入式系统设计

技术分类： 可编程器件 嵌入式系统 | 2007-07-19

来源：中电网 徐欣

1 概述

1.1 FPGA的特点及其发展趋势

嵌入式系统是一个面向应用、技术密集、资金密集、高度分散、不可垄断的产业，随着各个领域应用需求的多样化，嵌入式设计技术和芯片技术也经历着一次又一次的革新。虽然ASIC的成本很低，但设计周期长、投入费用高、风险较大，而可编程逻辑器件（Programmable Logical Device）设计灵活、功能强大，尤其是高密度现场可编程逻辑器件（Field Programmable Gate Array）其设计性能已完全能够与ASIC媲美，而且由于FPGA的逐步普及，其性能价格比已足以与ASIC抗衡。因此，FPGA在嵌入式系统设计领域已占据着越来越重要的地位。

FPGA的基本结构由以下几个部分构成：

Ø 可编程逻辑功能模块CLB（Configurable Logic Blocks）

Ø 可编程输入输出模块IOB（Input/Output Blocks）

Ø 可编程内部互连资源PI（Programmable Interconnection）

随着工艺的进步和应用系统需求 ，一般在FPGA中还包含以下可选资源：

Ø 存储器资源（Block RAM和Select RAM）

Ø 数字时钟管理单元（分频/倍频、数字延迟）

Ø I/O多电平标准兼容（Select I/O）

Ø 算数运算单元（乘法器、加法器）

Ø 特殊功能模块（MAC等硬IP核）

Ø 微处理器（PPC405等硬处理器）

以FPGA为核心的PLD产品是近几年集成电路中发展得最快的产品。随着FPGA性能的高速发展和设计人员自身能力的提高，FPGA将进一步扩大可编程芯片的领地，将复杂专用芯片挤向高端和超复杂应用。目前FPGA的发展趋势主要体现在以下几个方面： Ø 向更高密度、更大容量的千万门系统级方向迈进

Ø 向低成本、低电压、微功耗、微封装和绿色化发展

Ø IP资源复用理念将得到普遍认同并成为主要设计方式

Ø MCU、DSP、MPU等嵌入式处理器IP将成为FPGA应用的核心

随着处理器以IP的形式嵌入到FPGA中，ASIC和FPGA之间的界限将越来越模糊，未来的某些电路版上可能只有这两部分电路：模拟部分（包括电源）和一块FPGA芯片，最多还有一些大容量的存储器。Xilinx等公司最新一代FPGA：Spartan II/E、Virtex II Pro及其相关IP Core的推出，使我们有理由相信，可编程片上系统（System on Programmable Chip）的时代已经离我们不远了。

1.2可编程片上系统（SOPC）的基本特征