用FPGA创下一代新爆品为何是大趋势

来源:电子发烧友网 作者:Duke2017年08月29日 07:02

在一个领域中,如果唯一不变的就是变化,不需要对电子技术和设计方法的发展变化做多少回顾,就能见证到变化是如何使设计工程师能够创建出下一代创新产品。

微处理器得到大规模应用后,价廉物美的新技术为基于软件的革新性电子产品设计打开了大门,这就是一个很好的例子。简言之,把设计的主要元素——在这儿是控制“智能”——转入到软件领域后,设计工程师就可以在更短时间内创建出更好、更智能、更廉价的产品。

这个变化意味着嵌入式软件开发人员是当今定义电子产品功能和特性的主要推动者,并且最终要把硬件生产出来。该方法的成功因素在于减少硬件复杂度和把设计的控制元素转变到可编程领域带来的开放灵活性。

把软件设计提升一个水平

现在大容量、低成本可编程器件的到来给电子产品设计的发展带来了同样的希望,因为在软件领域定义系统硬件本身已经成为可能,比如大容量FPGA这样的大规模器件对满足这一需求十分理想。这些期间一般可用于构建系统外设逻辑功能块的大件部分,包括总线接口、I/O块、甚至内存。把大量逻辑引入FPGA领域对硬件开发具有深远影响,并为‘软’设计的新时代打开了一扇大门,这为设计提供了前所未有的灵活性,同时具有减少板级尺寸和复杂性的无穷潜力。

虽然它具有对电子产品开发过程起到革命性作用的潜力,但多数嵌入式软件开发人员仍像以前一样工作——在设计流程的开始阶段选择分立的硬件处理器、创建物理平台,然后写软件使用该平台。人们在嵌入式系统开发的“软”硬件领域缺乏探索,主要原因在于缺少让C程序员在可编程硬件级发挥技巧的工具。

  在一个领域中,如果唯一不变的就是变化,不需要对电子技术和设计方法的发展变化做多少回顾,就能见证到变化是如何使设计工程师能够创建出下一代创新产品。  微处理器得到大规模应用后,价廉物美的新技术为基于软件的革新性电子产品设计打开了大门,这就是一个很好的例子。简言之,把设计的主要元素——在这儿是控制“智能”——转入到软件领域后,设计工程师就可以在更短时间内创建出更好、更智能、更廉价的产品。  这个变化意味着嵌入式软件开发人员是当今定义电子产品功能和特性的主要推动者,并且最终要把硬件生产出来。该方法的成功因素在于减少硬件复杂度和把设计的控制元素转变到可编程领域带来的开放灵活性。  把软件设计提升一个水平  现在大容量、低成本可编程器件的到来给电子产品设计的发展带来了同样的希望,因为在软件领域定义系统硬件本身已经成为可能,比如大容量FPGA这样的大规模器件对满足这一需求十分理想。这些期间一般可用于构建系统外设逻辑功能块的大件部分,包括总线接口、I/O块、甚至内存。把大量逻辑引入FPGA领域对硬件开发具有深远影响,并为‘软’设计的新时代打开了一扇大门,这为设计提供了前所未有的灵活性,同时具有减少板级尺寸和复杂性的无穷潜力。  虽然它具有对电子产品开发过程起到革命性作用的潜力,但多数嵌入式软件开发人员仍像以前一样工作——在设计流程的开始阶段选择分立的硬件处理器、创建物理平台,然后写软件使用该平台。人们在嵌入式系统开发的“软”硬件领域缺乏探索,主要原因在于缺少让C程序员在可编程硬件级发挥技巧的工具。    确实,当前多数FPGA设计流主要都来自芯片设计领域,需要非常专业的技巧。要超越FPGA胶合逻辑应用需要更广阔的视野,包括充分利用可编程器件,把尽可能多的硬件引入到软领域中。  这包括引入处理器功能本身,现在FPGA内的软处理器正越来越多地转变成嵌入式平台。从根本上说,改用带FPGA的软处理器会带来结构灵活性、板卡尺寸更小、更简单的优点,但深层次的应用会带来更吸引人的优点。当利用FPGA的可编程特性获得处理器顶层的抽象层时,就为嵌入式开发人员打开了无限可能,——不仅在软件中实现抽象级设计,而且在硬件中也实现了。  试想这样一个系统:  处理器通过可配置硬件(本质上是一个硬件包裹)与其内存和外设连接——这就抽象了处理器的接口。简单地对FPGA重新编程就改变了硬件包裹,系统设计师可以轻易地改变处理器内核,甚至在硬的或软的处理器之间转换,无需修改其他系统硬件。从系统的角度来看,所有处理器都是相似的,这就简化了硬件设计流程。当然,把这延伸到应用软件领域也需要可以在处理器之间提供C级别兼容性的编译器。  基于FPGA开发平台拥有诸多的优点,各大厂商都有在布局  FPGA作为“中国强芯”战略产品的重头戏之一,国内FPGA厂商高云半导体、同创国芯(属于紫光集团)、上海安路科技等。  致力于开发国产FPGA解决方案并推动其产业化的高云半导体,通用LVDS变速箱接口IP实现了内部逻辑和外部接口之间时钟频率和数据位宽的切换,并保证数据吞吐量守恒,同时支持发送功能和接收功能,高云所有FPGA芯片收发变速箱切换比例都支持1:1、1:2、1:4、1:7、1:8和1:10。此外GW1N-6/9器件还支持1:16切换比例。针对随路时钟和随路数据相位关系的不同需求,高云通用LVDS变速箱接口解决同时支持边沿对齐方式和中间对齐方式。  高云FPGA芯片提供专用的单元模块用于构建高速LVDS接口,可根据特定的带宽、对齐方式、收发功能以及切换比例需求,整合单元模块并协同工作实现相应的功能。    高云产品应用经理徐才先生表示,“TCON市场应用,通过FPGA控制液晶屏的时序动作,将输入视频信号如LVDS信号,转换成数据驱动电路所用的形式如Mini-LVDS或者RSDS信号,传递到数据驱动电路,控制数据驱动电路适时开启,高云FPGA芯片在LVDS差分引脚数以及LVDS接口性能方面恰与TCON市场需求相契合。”  高云通用LVDS变速箱接口IP,参考设计及开发板支持GW1N-4K FQPF144封装FPGA芯片对接通用LVDS接收信号以及mini-LVDS发送信号,后续升级版会支持GW2A系列FPGA芯片,进一步提升LVDS I/O接口性能。  国外方面,Xilinx、 Altera、Lattice、Microsemi4家公司手握9000余项专利,几乎垄断这个市场。  不难发现,自FPGA问世以来,在复杂逻辑电路以及数字信号处理领域中扮演着越来越重要的角色,凭借性能、上市时间、成本、稳定性和长期维护方面的优势,在通信、医疗、工控和安防等领域占有一席之地,在过去几年也有极高的增长率。而近几年,由于云计算、高性能计算和人工智能的繁荣,拥有先天优势的FPGA的关注度更是到达了前所未有的高度。  加之人工智能是当前整个科技产业探索的未来方向,也是互联网领域的下一个浪潮。芯片处于的人工智能产业链的最上游,为中下游产业链提供计算处理能力及相关解决方案,芯片决定了智能设备发展的深度。以FPGA来实现人工智能应用,具有非常大的优势,可以很轻松地进行各种修改或升级,以便在最短时间内支持新的人工智能算法。

确实,当前多数FPGA设计流主要都来自芯片设计领域,需要非常专业的技巧。要超越FPGA胶合逻辑应用需要更广阔的视野,包括充分利用可编程器件,把尽可能多的硬件引入到软领域中。

这包括引入处理器功能本身,现在FPGA内的软处理器正越来越多地转变成嵌入式平台。从根本上说,改用带FPGA的软处理器会带来结构灵活性、板卡尺寸更小、更简单的优点,但深层次的应用会带来更吸引人的优点。当利用FPGA的可编程特性获得处理器顶层的抽象层时,就为嵌入式开发人员打开了无限可能,——不仅在软件中实现抽象级设计,而且在硬件中也实现了。

试想这样一个系统:

处理器通过可配置硬件(本质上是一个硬件包裹)与其内存和外设连接——这就抽象了处理器的接口。简单地对FPGA重新编程就改变了硬件包裹,系统设计师可以轻易地改变处理器内核,甚至在硬的或软的处理器之间转换,无需修改其他系统硬件。从系统的角度来看,所有处理器都是相似的,这就简化了硬件设计流程。当然,把这延伸到应用软件领域也需要可以在处理器之间提供C级别兼容性的编译器。

基于FPGA开发平台拥有诸多的优点,各大厂商都有在布局

FPGA作为“中国强芯”战略产品的重头戏之一,国内FPGA厂商高云半导体、同创国芯(属于紫光集团)、上海安路科技等。

致力于开发国产FPGA解决方案并推动其产业化的高云半导体,通用LVDS变速箱接口IP实现了内部逻辑和外部接口之间时钟频率和数据位宽的切换,并保证数据吞吐量守恒,同时支持发送功能和接收功能,高云所有FPGA芯片收发变速箱切换比例都支持1:1、1:2、1:4、1:7、1:8和1:10。此外GW1N-6/9器件还支持1:16切换比例。针对随路时钟和随路数据相位关系的不同需求,高云通用LVDS变速箱接口解决同时支持边沿对齐方式和中间对齐方式。

高云FPGA芯片提供专用的单元模块用于构建高速LVDS接口,可根据特定的带宽、对齐方式、收发功能以及切换比例需求,整合单元模块并协同工作实现相应的功能。

用FPGA创下一代新爆品为何是大趋势

高云产品应用经理徐才先生表示,“TCON市场应用,通过FPGA控制液晶屏的时序动作,将输入视频信号如LVDS信号,转换成数据驱动电路所用的形式如Mini-LVDS或者RSDS信号,传递到数据驱动电路,控制数据驱动电路适时开启,高云FPGA芯片在LVDS差分引脚数以及LVDS接口性能方面恰与TCON市场需求相契合。”

高云通用LVDS变速箱接口IP,参考设计及开发板支持GW1N-4K FQPF144封装FPGA芯片对接通用LVDS接收信号以及mini-LVDS发送信号,后续升级版会支持GW2A系列FPGA芯片,进一步提升LVDS I/O接口性能。

国外方面,Xilinx、 Altera、LatTIce、Microsemi4家公司手握9000余项专利,几乎垄断这个市场。

不难发现,自FPGA问世以来,在复杂逻辑电路以及数字信号处理领域中扮演着越来越重要的角色,凭借性能、上市时间、成本、稳定性和长期维护方面的优势,在通信、医疗、工控和安防等领域占有一席之地,在过去几年也有极高的增长率。而近几年,由于云计算、高性能计算和人工智能的繁荣,拥有先天优势的FPGA的关注度更是到达了前所未有的高度。

加之人工智能是当前整个科技产业探索的未来方向,也是互联网领域的下一个浪潮。芯片处于的人工智能产业链的最上游,为中下游产业链提供计算处理能力及相关解决方案,芯片决定了智能设备发展的深度。以FPGA来实现人工智能应用,具有非常大的优势,可以很轻松地进行各种修改或升级,以便在最短时间内支持新的人工智能算法。

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