1. 嵌入式系統的發展趨勢

嵌入式系統一般是指一個獨立且具有專門用途的系統，隨著半導體技術的飛速發展，嵌入式系統正在滲入現代社會的各個方面，被廣泛地應用于航空航天、通信設備、消費電子、工業控制、汽車、船舶等領域。巨大的市場需求推動了嵌入式系統向更高的技術水平發展。

嵌入式系統的開發流程，一般可以分為三個階段：設計，原型化、以及發布。設計主要是對產品本身以及其中牽涉到的算法、概念進行設計，原型化是對設計的可行性進行驗證或評估，發布是產品的最終實現。大部分情況下整個開發流程中需要牽涉到多種軟件開發工具。比如在設計的時候，可能會使用文本數學工具進行算法設計、建模、仿真，在原型化驗證階段，圖形化的開發環境現在已經成為仿真、驗證的主流工具。在發布階段，可能會采用微處理器或FPGA，就會牽涉到相關的開發環境比如C或VHDL，甚至匯編。傳統的開發模式中，文本編程工具占了主流地位。

嵌入式軟件及其開發人員目前似乎都處于各自發展的十字路口。Venture Development公司(VDC)提供的行業統計數字表明，盡管軟件代碼的行數以每年大約26%的速度增長，但嵌入式開發人員的年增長速度卻只有8%。對嵌入式系統設計人員而言，這兩個統計數字意味著工作量的增多。

不過，事情還遠不止此。除了以相對更少的人員完成更多的工作外，嵌入式開發者還必須在保證產品可靠性的前提下縮短系統設計周期。日益激烈的競爭使得今天的電子產品市場對上市時間的壓力極為敏感。以消費市場為例，一個典型的嵌入式產品設計周期是9個月，而推出產品的市場機會可能只有1到2個月之短。如果沒有一開始就抓住市場先機推出產品，很可能會造成市場份額的大幅減少，甚至導致產品推廣的失敗。這些因素大大增加了嵌入式系統設計“一次設計成功”的壓力，反過來也推動了系統級快速、高效、可靠的驗證的需求，系統原型化，也就是創建實速運行在系統環境中的設計原型，這種必要性正日益增大。

2. FPGA在嵌入式系統中的優勢

實現這種原型驗證的最具成本效益的技術是建立一個基于FPGA的原型。FPGA是一種具有可重配置邏輯門的芯片，與供應商提供功能定義的ASIC芯片不同，FPGA可根據每個應用的不同需要而進行配置和重新配置。由于FPGA允許在硬件中實現自定義算法，因此它具有精確時序和同步、快速決策及并行任務同時執行等優點。在PC或帶有實時操作系統（RTOS）和微處理器的平臺上，處理器必須對多個任務進行分時處理，而FPGA則可以配置為多個獨立的并行計算資源，簡言之，就像芯片上有多個微處理器一樣，且這些微處理器都針對特定的任務進行了優化。

FPGA的性能和靈活性使得它們成為處理輸入輸出非常有效的技術。通過自定義數字協議進行通信和生成PWM信號是這種類型很好的例子，比如，可以對FPGA進行配置以利用自定義數字協議進行通信，如對輸入信息進行解碼，然后將信息組合編碼作為輸出數據包再發送出去。在一些情況下甚至需要同時進行多個操作，并使得這些操作互相同步，且和其它輸入和輸出任務同步。如果是用一個基于軟件的系統完成此項工作，即使使用RTOS，輸出的性能也可能不一定夠。FPGA對于輸入輸出、并行性和實時性的出色性能使得它成為嵌入式系統原型化驗證的理想工具。Intel新一代多核處理器就選擇了FPGA作為其原型化的平臺。

3. 通過圖形化開發環境——LabVIEW FPGA加速系統原型化

將FPGA集成到嵌入式系統最大的挑戰是如何配置FPGA的邏輯，以及將傳感器輸入和控制輸出與它連接起來。許多嵌入式系統設計人員對于在實時操作系統下運行的微處理器上編程非常熟練，但他們不喜歡在芯片級對硬件進行定義，這需要有設計工具和語言如VHDL方面的知識。當然，冒昧進入芯片級領域還意味著需要設計和構建芯片周邊的電路板，雖然這對于一些嵌入式系統設計人員來說已經過時了，但仍然有許多設計人員寧愿盡可能地使用現成的硬件，特別是當硬件必須精確地測量出傳感器數據并對其作數字化處理時。

FPGA配置工具的比較和選擇

目前有許多FPGA配置工具，有些工具需要VHDL或其它語言編碼完成硬件定義，有些工具提供了圖形配置環境，還有的工具允許你使用熟悉的工具編寫軟件，然后將代碼下載到FPGA中。在選擇哪種方式適合時需要考慮幾個問題，其中一個考慮因素是你的背景。你是否是一個富有經驗的硬件開發人員并對FPGA的基本操作有深入的認識？如果是，就可以利用低級工具充分發揮你的經驗并深入實地進行配置。也許你不是硬件工程師，但你是一位優秀的程序員并且能很容易掌握新的編程語言，那么你可能需要選擇一個能夠讓你充分運用數據結構和程序細節進行編程的工具。另外一個可能是你既不是硬件專家也不是軟件專家，但由于你對整個系統內在的理論或系統所投入的應用非常熟悉而來設計系統，如果是這種情況，那么應該選擇一個可以讓你以自己的語言進行設計的工具，而不必學習復雜的FPGA或硬件描述語言。