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初学者爱问这个问题,FPGA到底能做什么?

2018-03-09 14:19 次阅读

初学者爱问这个问题,我的新书中会告诉你:逻辑粘合是FPGA早期的任务,实时控制让FPGA变得有用武之地,FPGA实现的各种协议灵活度很高,信号处理让FPGA越来越高端,片上系统让FPGA取代一切……

但是,特权很纠结,一直在问自己“FPGA到底能做什么”。事情源于要启动的DVR项目,视频搞定了,也显示了,下一步要存储,传输带宽和存储容量放出话来了“必须要压缩”。那么,图片要JPEG,视频要H.264。各种方案虽然只是初步的了解一些,但是发现这方面虽然有类似SOPC概念的海思TI双核解决方案,而且是专门干这个的,不过发现这玩意是有门槛的,用我们经理的一句话是“一般人搞不定”,成本不仅仅是money的问题,还有工程师熟悉一个新的高复杂度的开发环境的时间和精力投入。那么退而求其次,貌似一个DSP也很难搞定,市场上常见的是DSP+FPGA,或者也有一些专用的ASIC能够胜任诸如H.264的编码,不过看看芯片价格只能用“死贵死贵”来形容了。

折衷下来,上午我还寻思着就再来一个DSP吧,也看好了ADI的blackfin,准备下一步慢慢筹备我的DSP之旅。但是,也许这几天一直萦绕在我脑子里的问题越发强烈起来“FPGA到底能做什么”。很显然,如果要在通用控制器或处理器和FPGA之间做一些比较,特权会很快的送上图1和图2(图3)。

图1 基于控制器或处理器的一般处理流程

图2 基于FPGA的并行处理流程

图3 基于FPGA的流水线处理流程

很显然,图1中的一般控制器或处理器由于软件固有的顺序特性,决定了它的工作必须是按部就班,一个输出的4个步骤完成才能接着开始下一个输出的4个步骤,那么它完成4个输出就需要20个步骤单位时间(假定输出也算一个步骤,一个输出需要5个步骤)。虽然现在很多的DSP中也带有功能强大的硬件加速引擎,如简单搬运数据的DMA等,但是它所做的工作量,或者说和软件并行执行的工作量其实是很局限的,这里说的局限是指他的灵活性上很差,协调性不够好也会让处理速度大打折扣。

而反观图2和图3的FPGA处理,先说图2,并行处理方式很好很强大,是前面的软件处理速度的4倍。并行是FPGA最大的优势,只不过需要用大量的资源来换速度,通俗的说就是要用大量的money换性能,我想这并不是人人都能够承受的解决方案。而看图3,是一个不错的折衷方案,流水线处理是FPGA乃至整个信号处理领域最经典的一种方法。能够在基本不消减处理速度的前提下只用了并行处理方法的1/4资源就完成任务了。

那么话题回到JPEG和H.264的压缩上来,其实FPGA足以胜任,网络上一搜一箩筐这样的解决方案。其实退一万步来讲,算法再复杂,实时性要求再高,FPGA都是足以胜任的,尤其是采用流水线方法,也许第一个数据输出的时间需要很长(一般系统是许可的),但是这并不妨碍后续数据的实时输出。我想,这就是成本(器件资源)和性能最好的折衷办法。

那么,这些复杂的算法中无外乎存储和运算。实时处理中的存储其实很大程度上是要依赖器件的片内存储器资源的,外扩的存储器无论从复杂度和速度上都会只会减低处理性能。加减乘除好办,内嵌的乘法器或是各种各样专用的DSP处理单元就能搞定;但是开方求幂等比较无奈的运算就只能靠查表来解决了。

如此这般下来,其实FPGA就是要干这个的——算法,越是大家搞不定的问题我FPGA统统不在话下。话说到这,发现不对劲,有人要拍砖了。其实真没有FPGA干不了的活,但是有FPGA不适合干的活,个人认为那些顺序性很强的活,比如文件系统那种很折腾的活,就算简单的SD卡文件系统的管理也是要不停的折腾,数据这里读那里写的,FPGA代码就很难写,一个偌大的状态机也许能够解决问题,但是很容易让设计者深陷其中晕头转向。

原文标题:FPGA到底能做什么?

文章出处:【微信号:edn-china,微信公众号:EDN电子技术设计】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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TLV1544 10 位 85kSPS ADC 串行 输出,可编程供电/断电/转换速率,TMS320 DSP/SPI/QPSI 兼容,4 通道

TLV1570 10 位 1.25MSPS ADC 8 通道 DSP/(Q)SPI IF 可编程内部 基准、自动或 S/W 断电、极低功耗

信息描述The TLV1570 is a 10-bit data acquisition system that combines an 8-channel input multiplexer (MUX), a high-speed 10-bit ADC, an on-chip reference, and a high-speed serial interface. The device contains an on-chip control register allowing control of channel selection, conversion start, reference voltage levels, and power down via the serial port. The MUX is independently accessible, which allows the user to insert a signal conditioning circuit such as an antialiasing filter or an amplifier, if required, between the MUX and the ADC. Therefore one signal conditioning circuit can be used for all eight channels.The TLV1570 operates from a single 2.7-V to 5.5-V power supply. The device accepts an analog input range from 0 V to AVDD and digitizes the input at a maximum 1.25 MSPS throughput rate. Power dissipation is only 8 mW with a 2.7-V supply or 40 mW with a 5.5-V supply. The device features an autopower-down mode that automatically ...
发表于 04-18 20:09 34次 阅读
TLV1570 10 位 1.25MSPS ADC 8 通道 DSP/(Q)SPI IF 可编程内部 基准、自动或 S/W 断电、极低功耗

TLC1550 10 位,164kSPS ADC,并行输出、直接 I/F 到 DSP/uProcessor、10 通道

信息描述The TLC1550x and TLC1551 are data acquisition analog-to-digital converters (ADCs) using a 10-bit, switched-capacitor, successive-approximation network. A high-speed, 3-state parallel port directly interfaces to a digital signal processor (DSP) or microprocessor (µP) system data bus. D0 through D9 are the digital output terminals with D0 being the least significant bit (LSB). Separate power terminals for the analog and digital portions minimize noise pickup in the supply leads. Additionally, the digital power is divided into two parts to separate the lower current logic from the higher current bus drivers. An external clock can be applied to CLKIN to override the internal system clock if desired. The TLC1550I and TLC1551I are characterized for operation from –40°C to 85°C. The TLC1550M is characterized over the full military range of –55°C to 125°C.特性Power Dissipation...40 mW Max Advanced LinEPIC™ Single-Po...
发表于 04-18 20:07 66次 阅读
TLC1550 10 位,164kSPS ADC,并行输出、直接 I/F 到 DSP/uProcessor、10 通道

TLC1518 10 位 400kSPS ADC,具有串行输出、SPI/DSP 兼容接口、关断状态、8 通道

信息描述The TLC1518 and TLC1514 are a family of high-performance, 10-bit, low power, 1.4 us, CMOS SAR analog-to-digital converters (ADC) which operate from a single 5 V power supply. These devices have three digital inputs and a 3-state output [chip select (CS\), serial input-output clock (SCLK), serial data input (SDI), and serial data output (SDO)] that provide a direct 4-wire interface to the serial port of most popular host microprocessors (SPI interface). When interfaced with a DSP, a frame sync (FS) signal is used to indicate the start of a serial data frame. In addition to a high-speed A/D converter and versatile control capability, these devices have an on-chip analog multiplexer that can select any analog inputs or one of three internal self-test voltages. The sample-and-hold function is automatically started after the fourth SCLK edge (normal sampling) or can be controlled by a special pin, CSTART\, to extend the sampl...
发表于 04-18 20:07 78次 阅读
TLC1518 10 位 400kSPS ADC,具有串行输出、SPI/DSP 兼容接口、关断状态、8 通道

TLC1514 10 位 400kSPS ADC,具有串行输出、SPI/DSP 兼容接口、关断状态、4 通道

信息描述The TLC1518 and TLC1514 are a family of high-performance, 10-bit, low power, 1.4 us, CMOS SAR analog-to-digital converters (ADC) which operate from a single 5 V power supply. These devices have three digital inputs and a 3-state output [chip select (CS\), serial input-output clock (SCLK), serial data input (SDI), and serial data output (SDO)] that provide a direct 4-wire interface to the serial port of most popular host microprocessors (SPI interface). When interfaced with a DSP, a frame sync (FS) signal is used to indicate the start of a serial data frame. In addition to a high-speed A/D converter and versatile control capability, these devices have an on-chip analog multiplexer that can select any analog inputs or one of three internal self-test voltages. The sample-and-hold function is automatically started after the fourth SCLK edge (normal sampling) or can be controlled by a special pin, CSTART\, to extend the sampl...
发表于 04-18 20:07 69次 阅读
TLC1514 10 位 400kSPS ADC,具有串行输出、SPI/DSP 兼容接口、关断状态、4 通道

TLC1551 10 位,164kSPS ADC 并行输出,直接 I/F 至 DSP/微处理器,10 通道

信息描述The TLC1550x and TLC1551 are data acquisition analog-to-digital converters (ADCs) using a 10-bit, switched-capacitor, successive-approximation network. A high-speed, 3-state parallel port directly interfaces to a digital signal processor (DSP) or microprocessor (µP) system data bus. D0 through D9 are the digital output terminals with D0 being the least significant bit (LSB). Separate power terminals for the analog and digital portions minimize noise pickup in the supply leads. Additionally, the digital power is divided into two parts to separate the lower current logic from the higher current bus drivers. An external clock can be applied to CLKIN to override the internal system clock if desired. The TLC1550I and TLC1551I are characterized for operation from –40°C to 85°C. The TLC1550M is characterized over the full military range of –55°C to 125°C.特性Power Dissipation...40 mW Max Advanced LinEPIC™ Single-Po...
发表于 04-18 20:07 75次 阅读
TLC1551 10 位,164kSPS ADC 并行输出,直接 I/F 至 DSP/微处理器,10 通道

THS12082 12 位、8MSPS ADC,具有双通道、DSP/uP 接口、16X FIFO、通道自动扫描、低功耗

信息描述The THS12082 is a CMOS, low-power, 12-bit, 8 MSPS analog-to-digital converter (ADC). The speed, resolution, bandwidth, and single-supply operation are suited for applications in radar, imaging, high-speed acquisition, and communications. A multistage pipelined architecture with output error correction logic provides for no missing codes over the full operating temperature range. Internal control registers allow for programming the ADC into the desired mode. The THS12082 consists of two analog inputs, which are sampled simultaneously. These inputs can be selected individually and configured to single-ended or differential inputs. An integrated 16 word deep FIFO allows the storage of data in order to take the load off of the processor connected to the ADC. Internal reference voltages for the ADC (1.5 V and 3.5 V) are provided.An external reference can also be chosen to suit the dc accuracy and temperature drift requirements of the appl...
发表于 04-18 20:06 137次 阅读
THS12082 12 位、8MSPS ADC,具有双通道、DSP/uP 接口、16X FIFO、通道自动扫描、低功耗

THS1209 12 位、8 MSPS ADC 双通道、DSP/uP 接口、通道自动扫描、低功耗

信息描述The THS1209 is a CMOS, low-power, 12-bit, 8 MSPS analog-to-digital converter (ADC). The speed, resolution, bandwidth, and single-supply operation are suited for applications in radar, imaging, high-speed acquisition, and communications. A multistage pipelined architecture with output error correction logic provides for no missing codes over the full operating temperature range. Internal control registers allow for programming the ADC into the desired mode. The THS1209 consists of two analog inputs, which are sampled simultaneously. These inputs can be selected individually and configured to single-ended or differential inputs. Internal reference voltages for the ADC (1.5 V and 3.5 V) are provided. An external reference can also be chosen to suit the dc accuracy and temperature drift requirements of the application. The THS1209C is characterized for operation from 0°C to 70°C, and the THS1209I is characterized for operation from ...
发表于 04-18 20:06 155次 阅读
THS1209 12 位、8 MSPS ADC 双通道、DSP/uP 接口、通道自动扫描、低功耗

THS1207 12 位,6MSPS 同步采样四通道 ADC;包括并行 DSP/uP I/F 通道自动扫描

信息描述The THS1207 is a CMOS, low-power, 12-bit, 6 MSPS analog-to-digital converter (ADC). The speed, resolution, bandwidth, and single-supply operation are suited for applications in radar, imaging, high-speed acquisition, and communications. A multistage pipelined architecture with output error correction logic provides for no missing codes over the full operating temperature range. Internal control registers are used to program the ADC into the desired mode. The THS1207 consists of four analog inputs, which are sampled simultaneously. These inputs can be selected individually and configured to single-ended or differential-inputs. Internal reference voltages for the ADC (1.5 V and 3.5 V) are provided. An external reference can also be chosen to suit the dc accuracy and temperature drift requirements of the application. The THS1207C is characterized for operation from 0°C to 70°C, the THS1207Iis characterized for operation from –40°...
发表于 04-18 20:05 180次 阅读
THS1207 12 位,6MSPS 同步采样四通道 ADC;包括并行 DSP/uP I/F 通道自动扫描

BELASIGNA R281 始终聆听,语音触发音频DSP系统

信息 BelaSigna®R281是一款超低功耗语音触发解决方案,适用于各种消费电子设备。在典型的应用中,BelaSigna R281“始终在聆听”。并且将检测单个用户训练的触发短语,当检测到该触发短语时断言唤醒信号。 “始终开启”。平均功耗小于300 uW的关键短语检测(不包括麦克风的功耗)可保持待机电池寿命。 BelaSigna R281是一款超小型解决方案,可同时提供采用5 mm x 5mm QFN32封装和2.42 mm x 2.74 mm WLCSP封装。它可以设计在单层PCB上,具有4 mil布线和最少量的外部元件。 需要一个外部的I C主控制器来配置器件进行操作。 超低功耗 卓越绩效 混合信号 Easy Design-In 优势特点 主要功能 久经考验的超低功耗数字信号处理(DSP)技术 •最初为助听器开发的音频DSP技术在以下方面具备所需的计算能力极低电流消耗 •...
发表于 04-18 19:42 91次 阅读
BELASIGNA R281 始终聆听,语音触发音频DSP系统

THS10082 具有双通道、并行 DSP/uP 接口、16X FIFO、通道自动扫描、低功耗的 10 位 8MSPS ADC

信息描述The THS10082 is a CMOS, low-power, 10-bit, 8 MSPS analog-to-digital converter (ADC). The speed, resolution, bandwidth, and single-supply operation are suited for applications in radar, imaging, high-speed acquisition, and communications. A multistage pipelined architecture with output error correction logic provides for no missing codes over the full operating temperature range. Internal control registers allow for programming the ADC into the desired mode. The THS10082 consists of two analog inputs, which are sampled simultaneously. These inputs can be selected individually and configured to single-ended or differential inputs. An integrated 16 word deep FIFO allows the storage of data in order to take the load off of the processor connected to the ADC. Internal reference voltages for the ADC (1.5 V and 3.5 V) are provided. An external reference can also be chosen to suit the dc accuracy and temperature drift requirements of the app...
发表于 04-18 19:06 88次 阅读
THS10082 具有双通道、并行 DSP/uP 接口、16X FIFO、通道自动扫描、低功耗的 10 位 8MSPS ADC

THS1206 12 位 6MSPS ADC,具有四通道 (配置),DSP/uP IF,集成 16x FIFO、信道自动扫描功能和低功耗模式

信息描述The THS1206 is a CMOS, low-power, 12-bit, 6 MSPS analog-to-digital converter (ADC). The speed, resolution, bandwidth, and single-supply operation are suited for applications in radar, imaging, high-speed acquisition, and communications. A multistage pipelined architecture with output error correction logic provides for no missing codes over the full operating temperature range. Internal control registers are used to program the ADC into the desired mode. The THS1206 consists of four analog inputs, which are sampled simultaneously. These inputs can be selected individually and configured to single-ended or differential inputs. An integrated 16 word deep FIFO allows the storage of data in order to take the load off of the processor connected to the ADC. Internal reference voltages for the ADC (1.5 V and 3.5 V) are provided. An external reference can also be chosen to suit the dc accuracy and temperature drift requirements of the applic...
发表于 04-18 19:06 91次 阅读
THS1206 12 位 6MSPS ADC,具有四通道 (配置),DSP/uP IF,集成 16x FIFO、信道自动扫描功能和低功耗模式

THS1007 10 位 6MSPS 同步采样四路通道 ADC;包含并行 DSP/uP I/F 通道 自动扫描

信息描述 The THS1007 is a CMOS, low-power, 10-bit, 6 MSPS analog-to-digital converter (ADC). The speed, resolution, bandwidth, and single-supply operation are suited for applications in radar, imaging, high-speed acquisition, and communications. A multistage pipelined architecture with output error correction logic provides for no missing codes over the full operating temperature range. Internal control registers are used to program the ADC into the desired mode. The THS1007 consists of four analog inputs, which are sampled simultaneously. These inputs can be selected individually and configured to single-ended or differential inputs. Internal reference voltages for the ADC (1.5 V and 3.5 V) are provided. An external reference can also be chosen to suit the dc accuracy and temperature drift requirements of the application. The THS1007C is characterized for operation from 0°C to 70°C, and the THS1007I is characterized for operation from ...
发表于 04-18 19:06 80次 阅读
THS1007 10 位 6MSPS 同步采样四路通道 ADC;包含并行 DSP/uP I/F 通道 自动扫描

THS10064 10 位 6MSPS ADC,具有四通道 (可配置)、DSP/uP IF、集成 16x FIFO、通道 自动扫描和低功耗

信息描述The THS10064 is a CMOS, low-power, 10-bit, 6 MSPS analog-to-digital converter (ADC). The speed, resolution, bandwidth, and single-supply operation are suited for applications in radar, imaging, high-speed acquisition, and communications. A multistage pipelined architecture with output error correction logic provides for no missing codes over the full operating temperature range. Internal control registers are used to program the ADC into the desired mode. The THS10064 consists of four analog inputs, which are sampled simultaneously. These inputs can be selected individually and configured to single-ended or differential inputs. An integrated 16 word deep FIFO allows the storage of data in order to improve data transfers to the processor. Internal reference voltages for the ADC (1.5 V and 3.5 V) are provided. An external reference can also be chosen to suit the dc accuracy and temperature drift requirements of the application. Two diffe...
发表于 04-18 19:06 76次 阅读
THS10064 10 位 6MSPS ADC,具有四通道 (可配置)、DSP/uP IF、集成 16x FIFO、通道 自动扫描和低功耗