消費類手持設(shè)備" title="手持設(shè)備">手持設(shè)備市場正呈跳躍式發(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)品必須滿足上市時間要求，以便獲得最大的市場機會；產(chǎn)品生命周期的縮短要求縮短開發(fā)周期，同時更加強調(diào)可復(fù)用性和可重復(fù)編程能力。新興手持設(shè)備市場還有一個有趣的趨勢，即一個系列中的每種設(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)一個可廣泛復(fù)用同時又可定制的系統(tǒng)。

　　為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，越來越多的設(shè)計人員開始使用FPGA" title="FPGA">FPGA進行手持產(chǎn)品的開發(fā)。FPGA的功能日益強大和豐富，而門數(shù)、面積和頻率也在不斷增加。FPGA的開發(fā)和周轉(zhuǎn)時間要比定制ASIC短得多，可重復(fù)編程的額外優(yōu)勢使得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)計中，設(shè)計人員必須認真考慮某些性能標準，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)計中也需要應(yīng)對面積和速度的挑戰(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。不斷演進的FPGA技術(shù)也給設(shè)計人員帶來一系列新的挑戰(zhàn)，電源利用率就是其中之一，這對于為手持或便攜式設(shè)備設(shè)計基于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、存儲器、包括USB、SPI、I2C在內(nèi)的標準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準的架構(gòu)，因而不容易定制。

　　有時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鐘的數(shù)據(jù)。這也會導(dǎo)致較高的功耗，因為處理器的利用率是100%。其結(jié)果將縮短電池壽命，并且需要更大的散熱器或風(fēng)扇進行冷卻，最終影響整個系統(tǒng)的可靠性。

　　于是，F(xiàn)PGA在這方面開始發(fā)揮重要作用，因為它們能從處理器卸載許多外設(shè)交互任務(wù)。如圖1所示，利用標準千兆TCP/IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的未壓縮音視頻數(shù)據(jù)流的嵌入式分布系統(tǒng)。它有一個專用DSP處理器，這個處理器通過一個標準總線接口與賽靈思的FPGA相接，F(xiàn)PGA再連接到各個低速外設(shè)。

　　圖1：用于音頻/視頻分布系統(tǒng)的FPGA架構(gòu)。