FPGA实现嵌入式系统
嵌入式系统原理与接口技术fpga
嵌入式系统原理与接口技术fpga
嵌入式系统原理与接口技术FPGA
嵌入式系统是嵌入在其他设备中的计算机系统，由于其小尺寸、低功耗、高可靠性和定制化等特性，被广泛应用于计算机控制、通讯、汽车、医疗、航空航天等领域。
而FPGA作为可编程逻辑器件，其重要性与广泛程度在嵌入式系统中也不言而喻。
FPGA的原理是通过可编程逻辑单元、存储单元和I/O模块等组件构成，可以实现针对特定应用的定制化逻辑电路。
与ASIC相比，FPGA 一方面具有定制化灵活、开发效率高等优点，另一方面也存在着资源消耗较高、性能等方面的局限性。
因此，在嵌入式系统中，FPGA与MCU、DSP等处理器结合使用，充分发挥各自的优势。
FPGA的接口技术也是嵌入式系统中的重要组成部分。
常见的接口技术包括SPI、I2C、UART等。
SPI是一种串行传输接口，可以实现多个设备的数据同步传输；I2C是一种串行通信总线，可以实现多个设备之间的数据传输，以及设备之间的控制与管理；UART是一种异步串行通信接口，可以实现设备之间的数据传输与控制。
在实际应用时，需要根据不同的应用场景选择合适的接口技术，以保证系统的稳定性和可靠性。
总之，嵌入式系统与FPGA的结合，为物联网、智能家居、智能交通等领域带来了更加智能化和高效化的解决方案。
未来，随着技术的不断发展和创新，嵌入式系统与FPGA的应用前景必将更加广阔。
AES算法的FPGA实现与嵌入式系统应用测试
ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ— ｐ ｒ ｉ ｃ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ，ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｓ ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｆ ｏ ｒ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｈｅ ｔ ｅ ｍｂｅ ｄ ｄ ｅ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ＡＥＳ ｌｇ ａ ｏ ｉｔ ｒ ｈ ｍ ；ＦＰ ＧＡ ； ｅ ｍｂ ｅ ｄ ｄｅ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
第３ ４卷 第ห้องสมุดไป่ตู้５期
２ ０ １ ３年 ９月
闽江学 院学报
Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ ＯＦ ＭＩ Ｎ Ｊ Ｉ ＡＮＧ ＵＮＩ Ｖ ＥＲＳ ｎＹ
Ｖ ｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ５ Ｓ ｅ ｐ ．２ ０１ ３
Ａ Ｅ Ｓ算 法 的 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ实 现 与嵌 入 式 系 统应 用 测试
ＸＵＥ Ｘｉ ａ ０ 一 ｌ ｉ ｎ ｇ ，Ｊ Ｉ Ａ Ｊ ｕ ｎ — ｒ ｏ ｎ ｇ ，Ｌ Ｉ Ｕ Ｚ ｈ ｉ — ｑ ｕ ｎ （ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｍｉ ｎ ￣ｉ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｆ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ， Ｆ ｕ ｊ ｉ ａ ｎ ３ ５ ０ １ ２ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
薛小铃 ，贾俊 荣 ， 刘志群
（ 闽江学院物理学与 电子信息工程系，福建 福州 ３ ５ ０ １ ２ １ ）
摘要 ：随着 网络技 术的不断发展 以及 智能化产品的深入 应用 ， 信息安全越 来越 受到人们 的重视 ． 基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ设计并 实现 了Ａ Ｅ Ｓ算法， 采用资源共享的方法设计加 、 解 密模块 ， 采用组合逻辑 电路的 方法设 计 ｓ盒 ， 减 少了芯 片面积 ， 提 高 了加 、 解密速度． 仿真与应 用测试结果表 明， 该设计 的 Ａ Ｅ Ｓ算法具有 占用资 源少、 速度 较快 、 成本低 等特点 ， 在性 价 比上具有较 大的优势 ， 很 适合 应用于嵌入 式 系统 中．
现场可编程门阵列——第五讲FPGA实现嵌入式系统
军事， 民航
６ ％
嵌 入 系统 的市 场预 测 发现 ，大
时间、 上市时间 、 可维 护性、 障率和 Ｆ Ｇ 成 为 中小批 量生产 的应 用 器 于 ５％的嵌入系统项 目不能按时完 故 ＰＡ ０
安全性等 。
件 ，应用范围从 早期的军事、通信系 成 ，１ ／ ３的项 目仅达到 ５ ％的性能而 Ｏ
Ｆ Ｇ 实现嵌入式系 品。目前在实现嵌入式系统的各个领 Ｐ Ａ 统 的优势 域得到广泛 的应用， 并进一步带来设
统 必须 连续地 对 系统环 境 的变化 做 实现 ，但 面 临的挑 战是 同时 对 大量 统具有几个共 同的特性 ： １ 单 一的功 能：一个 嵌入式 系 出反应 ， ． 并且 无延误地 实时计 算出确 设计 的度 量标 准进 行优 化 。
．
世界 电子元器件 ２ ０ ． Ｍ ． ｅ ｍａ ． ｏ ０ ６１ ＾ ｇ ｃ ｇ ｃ ｍ Ｖ
维普资讯
Ｉ Ｔ ｃｈｎ ｌ ｅ ｏｒ ｍ Ｃ ｅ ｏ ｏｑｉ ｓ Ｆ ｕ
ｌ Ｃ技术讲座是本刊 ２ ０ 年推出的全新技术类栏目 为了让工程师 ０５
在设计开 发中完善和拓展基础理论与系统知识 ， 丰富应用经验 ， 世界 电 《
子元器件》 和中电网联合清华大学等知名院校共同创办了这个栏目， 特约知名
２ 亿美 元 ３
通 信 ５ ％ ８
通信。 这些系统中硅密度和算法复杂
２０ ０８ ６ 亿美元 ３
通信 ４ ％ ２
与 传 统 设 计 流 程 对 比，采 用 Ｓｍｕｉ 的基 于模 块 的设计 技术 在 ｉ ｌｋ ｎ 开 发时间、 成本和 风险等方面 有惊人
的改善。在应用实时信号处理、 通信
(完整)一个典型的嵌入式系统设计和实现
关键字：嵌入式系统设计ARM FPGA多功能车辆总线Multifunction Vehicle Bus 在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时，嵌入式系统开发技术也取得迅速发展,嵌入式技术应用范围的急剧扩大.本文介绍了一种基于ARM和FPGA,从软件到硬件完全自主开发多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus）MVB??B嵌入式系统的设计和实现。
系统设计和实现通常来说，一个嵌入式系统的开发过程如下:1.确定嵌入式系统的需求；2.设计系统的体系结构：选择处理器和相关外部设备，操作系统,开发平台以及软硬件的分割和总体系统集成；3.详细的软硬件设计和RTL代码、软件代码开发;4.软硬件的联调和集成；5.系统的测试。
一、步骤1：确定系统的需求：嵌入式系统的典型特征是面向用户、面向产品、面向应用的,市场应用是嵌入式系统开发的导向和前提。
一个嵌入式系统的设计取决于系统的需求。
1、MVB总线简介列车通信网（Train Communication Network，简称TCN）是一个集整列列车内部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯的IEC国际标准（IEC－61375-1), 它包括两种总线类型绞线式列车总线(WTB）和多功能车厢总线（MVB）。
TCN在列车控制系统中的地位相当与CAN总线在汽车电子中的地位。
多功能车辆总线MVB是用于在列车上设备之间传送和交换数据的标准通信介质。
附加在总线上的设备可能在功能、大小、性能上互不相同，但是它们都和 MVB总线相连，通过MVB总线来交换信息，形成一个完整的通信网络.在MVB系统中，根据IEC－61375－1列车通信网标准， MVB总线有如下的一些特点：拓扑结构：MVB总线的结构遵循OSI模式,吸取了ISO的标准。
支持最多4095个设备，由一个中心总线管理器控制。
简单的传感器和智能站共存于同一总线上。
数据类型：MVB总线支持三种数据类型:a.过程数据：过程变量表示列车的状态，如速度、电机电流、操作员的命令。
基于FPGA的嵌入式监控系统设计
进行存储 。 ２ 图 给出了系统的工作 流程 。 需要较 多的逻辑 资源 ，因此 Ｆ ＧＡ的 Ｐ
片内 Ｌ Ｅ要 很 丰富 ，另外 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的管
而制造 出来 的产 品同国外 同类产 品相
比 ，功能 相 差太 大 ，没有 竞争 力 ，市 场基 本上 被国 外公 司所 占领 。因此 ， 开发一个该类嵌入式系统势在必行 。
设 计 、多 电平 接 口的需要 ，电源都分 在设计 Ｐ ＣＢ的时候 ，对给 Ｐ Ｕ的供 电
为两组 ： ＣＩＴ和 Ｖ ＶＣ Ｎ ＣＣＩ Ｏ，即 内核 部分要做 一些特 殊 的处理 。即使 在 设 Ｌ 电源 和 Ｉ 电源 ，随着 芯 片 内部连 线 计中没有用到 Ｐ Ｌ也必须给其供 电。 ／ Ｏ
ＤＲ ．Ｍ 基 于嵌入 式技术 的 图像 监控系统 设备 （Ａ 转 换 成 Ｒ Ｒ Ｗ） ＧＢ格 式 ，帧缓 冲 模 因此 Ｓ ＡＭ 的 容 量 必 须 大 于 １８
６ ０×４ ０×３×２ １ ４ ２ ０字 ８ ＝８３０ 在我 国还 只是 起步 阶段 ，没有 成熟 的 块 （ ｒｍｅ Ｂ ｆ ｒ 每次将 相 邻两 帧 图 字 节 ｆ４ Ｆａ ｕ ｅ） ＤＡ ， ４位 ， 产品应 用 。这 一现状 的根本原 因就是 像 数 据 写入 Ｓ Ｒ Ｍ，然 后 比较 这 两 节 ） 由 于 每 个 像 素 位 宽 为 ２ 我国在 开发这 类产 品时 ，没有 统一 的 帧图像 的差值 ，如 果差值 大于 设定 的 同 时 Ｎｌ ０Ｓ是 ３ ２位 的 处 理 器 ，所 以 开发标 准和共 用 的开发平 台 ，而且 没 阈值 ，并 且人体 探测器 输 出高 电平 ， ＳＲ Ｄ ＡＭ 的位宽最好是 ３ ２位 。外部提
序 ，ｌ Ｃ模 块对 ＣＩ 行 初 始 化工 作 Ｓ进
基于Xilinx FPGA特点的嵌入式Bootloader设计与实现
基于Xilinx FPGA特点的嵌入式Bootloader设计与实现Bootloader程序是指嵌入式系统在正常工作之前，配置系统运行环境，引导操作系统的一小段程序。
通过这段程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间映射等，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的环境，为系统的正常运行做好准备。
对于不使用操作系统的嵌入式系统而言，应用程序的运行同样也需要依赖一个准备好的软、硬件环境，因此从这个意义上来讲，BootLoader程序对于嵌入式系统是必需的。
BootLoader程序与硬件系统密切相关，依赖于具体的嵌入式板级硬件设备的配置。
比如板卡的硬件地址配置、微处理器的类型和其他外设的类型等。
也就是说，即使是基于相同嵌入式微处理器构建的不同嵌入式目标板，BootLoader程序也不是完全通用的，仍需要修改其源程序。
与ARM等嵌入式系统的启动过程所不同的是，FPGA必须先将内部硬件逻辑配置完成之后，才能运行程序代码。
虽然可以直接将程序代码例化到片内BRAM中，但是由于FPGA 内部的BRAM资源有限，而且硬件逻辑配置时就会占用其中的资源，因此遇到大型系统设计时（例如带有TCP/IP协议的大型程序），片内BRAM资源不够，就必须使用外部的RAM来储存程序代码和堆栈，这就需要设计Bootloader程序来完成用户程序的引导。
本文结合Xilinx FPGA的特点详细给出了Bootloader程序设计和实现过程。
本设计所实现的Bootloader程序是在FPGA硬件配置完毕之后在MicroBlaze软核处理器上运行的一段启动代码，用来把Flash中的用户程序传输至外部RAM，并引导系统从用户程序中开始运行。
一、系统硬件平台的实现本设计的实现是以Xilinx公司的Spartan-3E FPGA、STMicroelectronics公司的SPI串行Flash（M25P16）、Micron Technology公司的DDR SDRAM （MT46V32M16）为主要器件构建硬件平台。
基于FPGA的嵌入式技术
基于FPGA的嵌入式技术“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，应用在通信、航空航天、消费类电子产品等各种领域中。
”随着经济的发展，各领域对嵌入式产品的应用需求呈现多样化，嵌入式系统设计技术和芯片技术也不断革新。
传统设计ASIC的成本很低，但设计周期长、上市时间晚、风险较大。
基于FPGA的嵌入式系统设计可以缩短设计周期，加快上市时间，抢占市场先机。
1、概述现场可编程门阵列FPGA（Field-Programmable Gate Array）是由复杂可编程逻辑器件CPLD（Complex-Programmable Logical Device）发展而来。
其功能强大，设计灵活。
设计性能能够与ASIC媲美。
而且，性能价格比也可以与ASIC抗衡。
因此，FPGA在嵌入式系统设计领域越来越重要。
FPGA的基本结构由以下几个部分：CLB（Configurable Logic Blocks）、IOB （Input/Output Blocks）和PI（Programmable Interconnection）。
随着工艺的进步和应用需求，一般在FPGA中还包含以下可选结构：Memory、数字时钟管理单元、Select I/O、乘法器和加法器、硬IP核和微处理器等。
随着FPGA性能提高和设计人员能力提高，FPGA将进一步扩大可编程芯片领地，使专用芯片更高端和超复杂。
[1]2、可编程片上系统（SOPC）可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统。
片上是指由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；可编程使其具有灵活的设计方式，可以裁剪、扩充、升级。
并且，SOPC结合了SOC和FPGA各自的优点，具备软硬件在系统可编程的功能。
SOPC至少包含一个嵌入式处理器内核，具有小容量片内高速RAM，一部分IP Core（简称IP），大量的片上可编程逻辑，处理器调试接口和FPGA编程接口等。
SOPC设计技术涵盖了嵌入式系统设计技术的全部内容。
基于FPGA的嵌入式系统的研究与应用
Ｃ 令存 Ｐ 指缓 Ｕ
片 内调 试模块
接口 舢 １ ●自 ｒ ．” 口 工
Ａｌ 交ｎ ｖ ａ 换 ｏ
结构 总线 、
—
翟
１ －
÷广—
厂而而
７ 、 ｌ 以太网
容 ， 了以处理器 和实时多 任务操作 系统（ Ｔ Ｓ为 中心的软 除 ＲＯ ） 件 设计技术 、 Ｐ Ｂ和信 号完整 性分析 为基础 的高速 电路 设 以 Ｃ ． Ｉ Ｉ 计技 术以外 ，ＯＰ Ｓ Ｃ还涉 及 目前 已引起 普遍关注 的软 硬件 协同 ２２ ＮＯＳ Ｉ系统 开 发 流 程
Ｎ ＯＳＩ Ｉ Ｅ等￣ｇ ： 具在 Ｆ Ｇ 器件 上 实现 Ｓ Ｃ 的设计 。 Ｉ Ｉ Ｄ －Ｃｒ ＿ ＰＡ ＯＰ 关 键 词 ：Ｆ ＧＡ；Ｎ ＯＳ Ｉ处 理 器 ；嵌 入 式 系统 ；Ｓ Ｃ Ｐ Ｉ Ｉ ＯＰ
０ 引言
列） 在现代数 字电路设计中发挥着越来越重要的作 用 。从设计
ＡＩ Ｓ Ｃ的成本很 低 ， 但设计 周期长 、 投入费用高 、 风险较大 ， 而可 性能 。 编 程逻 辑器 件 （ｒｇａ ａ ｌ Ｌ ｇｃｌＤｅｉ ） Ｐｏ ｒｍｍ ｂ ｏ ｉ ｖｃ 设计 灵活 、 ｅ ａ ｅ 功能 下列组件可 用于生成基于 ＮＩ Ｉ ＯＳ Ｉ 处理器 的嵌入式系统 ：
ＮＩ Ｓ Ｉ嵌入 式处理 器是 Ａｌｒ 司于 ２ ０ Ｏ Ｉ ｔ ａ公 ｅ ０ ４年 ６月 推出 的第二代用于可编程逻辑器件的可配 置的软核处理器 ， 性能超 过 ２ ０ Ｄ Ｐ 。Ｎ ＯＳ Ｉ是基 于哈佛 结构的 Ｒ Ｓ ０ ＭＩＳ Ｉ Ｉ ＩＣ通 用嵌入式 处理 器软核 ， 能与用户逻辑相结合 ， 编程至 Ｆ ＧＡ中。 Ｐ 处理器具 有３ ２位指令集 ，２位数据通道 和可配置 的指令 以及数据缓冲。 ３ 它特 别为可编 程逻 辑进 行了优化设计 ， 也为 Ｓ Ｐ Ｏ Ｃ设 计了一套 综合解决方案 。 ＯＳ Ｉ处理器系列包括三种 内核 ： ＮＩ Ｉ 一是高性能 的内核 （ Ｉ Ｉ ）二 是低 成本 内核 （ ＯＳ Ｉｅ ； 是性 能 ／ Ｎ ＯＳ Ｉｆ ； ／ ＮＩ Ｆ ）三 成本折 中的标准 内核（ Ｉ Ｖ ） Ｎ ＯＳ Ｉｓ 。 Ｎ ＯＳ Ｉ 处理器 支持 ２ ６ 个具 有固定 或可 变时钟 周期操 Ｉ Ｉ ５
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
FPGA实现嵌入式系统北京理工大学雷达技术研究所陈禾主要内容嵌入式系统概念与组成 基于FPGA的嵌入式系统设计 系统集成开发环境嵌入式系统—定义计算系统无处不在，由个人计算机、笔记本 电脑、工作站、大型机和服务器等构成计算 系统并不奇怪，但是，更广泛的是为完全不 同的目的构造的计算系统，它们嵌入在更大 的电子器件内，分别完成特定的功能，而不 被器件的使用者所识别。
对于这样的嵌入计算系统，简称为嵌入式系 统，可以定义为除了计算机或电脑之外的几 乎任何的计算系统。
这个不很精确的定义，可以使我们着手考察 嵌入系统设计者所面临的挑战。
嵌入式系统的一般特性嵌入系统一般功能单一，重复执行一个特定的 程序，除非嵌入系统的程序用新的程序版本更 新，或者因尺寸限制它有几个程序倒进和倒出。
对嵌入系统的约束特别严格，诸如成本、尺寸、 性能和功耗等作为实现的特性，嵌入系统要求 成本是极低的价格，尺寸限制到最小、但达到 实时快速地处理数据，且消耗最少的功率，能 延长电池受命，也不需要冷却等。
其它如NRE成本、灵活性、样机的时间、上市 的时间、可维护性、准确性和安全性。
反应和实时性：许多嵌入系统必须对系统环境 的变化连续地反应，且要无滞后地实时计算确 定的结果。
嵌入式系统应用嵌入式系统组成硬件嵌入式系统实现的基础应用程序实现特定任务和功能操作系统（可选）对应用软件进行管理 使硬件对应用软件透明嵌入式系统硬件部分微处理器或微控制器嵌入式系统的核心存储器用来存储程序和数据外设如定时器、中断控制器、UART、 GPIO等电源部分 其它辅助部分嵌入式系统软件部分应用软件实现所需功能，执行特定任务操作系统（RTOS）提供对应用软件的一组服务 使硬件细节对应用软件透明嵌入式系统的软/硬件设计软件设计重要的是微处理器的内部操作如何进行硬件设计重要的是总线接口，与微处理器的逻辑 连接要遵循总线协议的全部规则，才能 保证硬件设计正确嵌入式系统的软/硬件设计内部操作包括指令集：处理器可以运行的指令的格式 寄存器：通用寄存器、状态寄存器和程序计数器的某种组 合 Cache：专门的高速缓存，储存经常利用的数据和指令等 流水：不同级的指令处理提供增加的性能 存储器管理单元（MMU）提供实现虚拟存储器需要的地 址变换，操作系统利用它来防止程序或任务造成系统崩溃外部接口包括存储器总线接口，对总线仲裁器的规则 协处理器总线接口 中断：一般有多个不同优先级的中断嵌入式系统设计的核心技术|处理器技术z通用处理器z单用途处理器z专用处理器|IC技术z全定制VLSIz半定制ASICz可编程ASIC-FPGA|设计验证技术嵌入式系统—处理器技术|通用处理器或微处理器软件——编程处理器的存储器完成要求的功能控制器：程序存储器数据通道：含寄存器堆或通用ALU|单用途处理器硬件—设计数字电路准确地执行一个程序甚至设计定制数字电路产生单用途处理器控制器：有限状态机，不需要程序存储器数据通道：只包含为执行此程序的基本元件|专用处理器：为特定类应用优化的可编程处理器微控制器（单片机）：为嵌入控制应用优化的处理器数字信号处理器（DSP）：执行数字信号的常用运算嵌入式系统—IC技术通用处理器专用处理器单片机DSP单用途处理器FPGA CPLD 半定制：标准单元门阵列（结构化ASIC）全定制：ASICASSP嵌入式系统—设计验证技术系统技术条件行为技术条件RTL技术条件逻辑级技术条件门级仿真门电路/单元电路逻辑级综合HDL仿真RTL元件RTL级综合Hw-Sw协同仿真Cores行为综合Model仿真/校验Hw/Sw/OS系统级综合Test/VerificationLibraries/IPCompilation/Synthesis至最终实现可编程系统FPGA内嵌处理器FPGA 嵌入式系统的发展Embedded Software ToolsCPULogic Design ToolsI/O FPGAMemoryLogic Design ToolsFPGA + Memory + IP +High Speed IO (4K & Virtex ™)Embedded Software ToolsCPUI n t e g r a t i o n o f F u n c t i o n sTimeLogic Design ToolsEmbedded Software ToolsLogic + Memory+ IP + Processors + RocketIO (Virtex-II Pro ™)Programmable Systems usher in a new era of systemdesign integration possibilitiesFPGA嵌入式系统的发展嵌入式系统市场|工业分析家普遍预测全球半导体需求市场将是一个稳中带降的趋势。
|中国的嵌入式系统市场在强势中国经济的拉动下，仍将保持高速增长态势，将以年均30%的高速度增长。
|数字家庭、移动通信和移动娱乐是嵌入式系统应用市场的发展重点。
|汽车电子、医疗电子、军用电子和工业自动化领域也成为嵌入式系统应用提供越来越大的发展商机。
FPGA实现嵌入式系统|系统设计的焦点——性价比z性能可以归结为时间上要求高的速度；z价格可以归结为空间上要求小的面积。
|高性能导致资源使用多，成本高。
|FPGA在提高性能的同时，成本不断降低，使其在实现嵌入系统的各个领域得到广泛的应用。
进一步带来设计方法的变化。
FPGA实现嵌入系统|200223亿美元2008 63亿美元数据处理16%消费电子6%通信58%工业14%汽车电子0%通信42%消费电子18%数据处理13%汽车电子3%工业18%军事/民航6%军事/民航6%基于FPGA的嵌入式设计|基于FPGA的嵌入式设计主要包括以下内容z FPGA硬件设计z相关硬件的驱动程序z软件设计•软件应用程序•中断服务程序(可选)•实时操作系统(RTOS) (可选)FPGA嵌入式系统结构主流FPGA嵌入式解决方案Altera公司的处理器解决方案Altera公司NiosII处理器特性简介|基于哈佛结构的通用嵌入式软核处理器NiosIIz32位RISC指令集z32位数据线宽度z32个通用寄存器z32个外部中断源z2G Bytes寻址空间z JTAG调试模块z最大支持256条用户自定义CPU指令z三种灵活配置，最高性能可达250 DMIPSz……NiosII处理器模块框图基于NiosII的嵌入式系统Avalon片上总线|Nios系统的所有外设都是通过Avalon总线与Nios CPU相接的，Avalon总线是一种协议较为简单的片内总线，Nios通过Avalon总线与外界进行数据交换。
|Avalon总线接口可以分为两类：Slave和Master。
slave是一个从控接口，而master是一个主控接口。
slave和master主要的区别是对于Avalon总线控制权的把握。
master接口具有相接的Avalon总线控制权，而slave接口是被动的Avalon片上总线NiosII的三种不同配置Xilinx的处理器家族Xilinx的处理器家族基于8-bit软核PicoBlaze的嵌入式设计基于32-bit软核MicroBlaze的嵌入式设计基于32-bit软核MicroBlaze基于32bit硬核PowerPC的嵌入式设计基于32-bit硬核UltraController的嵌入式设计CoreConnect总线架构CoreConnect总线架构|CoreConnect是由IBM开发的片上总线通信链，可达到更高的整体系统性能。
|CoreConnect总线架构包括处理器本机总线（PLB）、片上外围总线（OPB）、一个总线桥、两个判优器，以及一个设备控制寄存器（DCR）总线。
z PLB总线接口：用于PowerPC405内核与高性能设备的连接。
PLB接口包括ISPLB接口和DSPLB接口两种。
其中，ISPLB接口用于外设与PowerPC405指令缓冲的连接，DSPLB接口用于外设与PowerPC405数据缓冲的连接。
z OPB总线接口：片上外设总线，内核通过OPB来访问低速和低性能的系统资源。
它不是直接连接到处理器内核。
处理器内核借助于“PLB to OPB”桥，通过OPB访问从外设；OPB总线控制器的外设可以借助“OPB to PLB”桥，通过PLB访问存储器。
三种典型嵌入式应用状态机，IO与控制方案三种典型嵌入式应用微控制器方案三种典型嵌入式应用定制的嵌入式系统方案基于FPGA 的嵌入式系统开发：EDKProcessor IPMPD Files system.ucf system.bit MHS Filesystem.mhsplatgen ISE/Xflow Hardwaredata2BRAM download.bitCompile Link Object Files ExecutableLibrariesSource Code libgen MSS Filesystem.mssEDIFIP NetlistsSource Code Synthesis嵌入式系统开发环境|根据嵌入式片上系统设计流程、平台级FPGA自身的特点以及硬件协同设计的一般流程，可以把嵌入式片上系统的集成设计环境归纳为三个层次。
|这个集成环境是一种典型的软硬协同设计集成环境(或平台)，是由三个不同层次、不同功能的EDA集成设计环境组成。
嵌入式系统开发环境|在SoPC设计中，一般都含有微处理器，必须有应用程序完成数字计算、信号处理变换、控制决策等功能。
|因此，在设计的前期，需要进行软、硬件协同设计，以便确定哪些功能是由硬件完成的，哪些功能是由软件完成的，并且进行适当划分。
|在设计的中后期，要进行软硬件协同验证，即把软硬件设计放到一个虚拟的集成环境中进行仿真验证，以便验证硬件的性能是否达到设计目标，软件功能是否实现设计要求。
嵌入式系统开发环境|根据SoC设计流程、SoPC自身的特点以及硬件协同设计的一般流程，可以把基于SoPC的系统芯片的集成设计环境归纳为三个层次。
|这个集成环境是一种典型的软硬协同设计集成环境(或平台)，是由三个不同层次、不同功能的EDA集成设计环境组成。
下面结合Xilinx和Altera两大SoPC 厂商的开发工具对这三个层次进行说明。