本文核心提示：融合為電子技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用帶來了更適合的方式，而FPGA與生俱來的屬性更使得這些方式呈現(xiàn)出多樣性。

　　周立功最近出了本名為《新編計算機(jī)基礎(chǔ)教程》的書，觀后認(rèn)為，書中講授電子技術(shù)知識的方式，蘊(yùn)含計算機(jī)與半導(dǎo)體的淵源，使人仿佛再次看到那個年代親手搭建第一臺單板機(jī)的樣子……他們不斷追隨，沒過多久，單板機(jī)上的多個分離器件就被半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步給融合為集成電路。不可否認(rèn)，這種融合為電子技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用帶來了更適合的發(fā)展方式，而FPGA與生俱來的屬性更使得這些方式呈現(xiàn)出多樣性。

　　FPGA器件擴(kuò)展ASSP功能

　　當(dāng)不同電壓的器件在一塊PCB上集合時，面臨兼容各種電平標(biāo)準(zhǔn)的問題，有了FPGA，情況大為改觀。

　　在電子產(chǎn)品設(shè)計中，曾使用FPGA器件彌補(bǔ)ASSP器件功能上的不足。通用的MCU器件也許在智能家居主控單元中或者電表集抄器上無法提供足夠的UART外設(shè)端口，F(xiàn)PGA的邏輯單元以及雙口RAM資源的運(yùn)用，能夠以最少的硬件電路消耗完成多路UART接口的擴(kuò)展，而且是輕松實現(xiàn)。因為各個FPGA廠家提供了經(jīng)過充分驗證的IP核。

　　同時，我們曾經(jīng)也使用FPGA器件來增強(qiáng)或擴(kuò)展ASSP器件已具備的功能。當(dāng)不同電壓標(biāo)準(zhǔn)的器件在一塊PCB上集合時，設(shè)計者面臨兼容各種電平標(biāo)準(zhǔn)的問題，或許MCU僅能夠提供1.8V LVTTL，但有了FPGA的引入，情況將大為改觀。FPGA的多電平標(biāo)準(zhǔn)Bank I/O能夠完成1.8V LVTTL到3.3V LVCMOS、2.5V LVTTL等電平的完美橋接并不降低速度。

　　另外，我們還一直看重FPGA器件的高速的并行執(zhí)行能力。數(shù)字0與1的翻轉(zhuǎn)時間在FPGA器件中能夠輕易小于零點幾納秒，這賦予了它無與倫比的集成電路速度。我們在大型的通信設(shè)備中能夠看到他的性能，一些高速端口在處理數(shù)十條信道中的復(fù)雜的通信協(xié)議編碼與解碼，同時另一些I/O在并行處理多達(dá)10路的高速ADC送來的數(shù)據(jù)。

　　扮演控制核心角色

　　足夠大的可編程邏輯門陣列將可以實現(xiàn)任何數(shù)字電路。內(nèi)嵌式MCU與FPGA的融合是正在上演的重頭戲。

　　后來，SoC的概念被提出，F(xiàn)PGA器件開始以控制核心的角色登臺。如果所有的數(shù)字電路都是邏輯開關(guān)，那么足夠大的可編程邏輯門陣列將可以實現(xiàn)任何數(shù)字電路。無疑，內(nèi)嵌式MCU與FPGA的融合是正在上演的重頭戲。

　　Altera半導(dǎo)體推出的NiosII軟核處理器是標(biāo)志性的SoC。NiosII處理器在FPGA邏輯中完整的運(yùn)行軟件編譯代碼并且不輸性能，最重要的是能夠與FPGA Fabric無縫連接，融合為一體。Altera半導(dǎo)體提供通過驗證的一系列IP Core能夠使得設(shè)計者輕易完成自定義的SoC系統(tǒng)搭建。我們看到大學(xué)中的愛好者在廠家的技術(shù)資料參考下能夠順利完成基于DDS技術(shù)的任意波形發(fā)生器設(shè)計，并帶有LCD顯示屏和觸摸屏的人機(jī)交互GUI菜單，然后通過文件系統(tǒng)的支持將波形數(shù)據(jù)存入SD卡。

　　Microsemi公司的FPGA產(chǎn)品，早期在ProASIC3系列器件中實現(xiàn)嵌入ARM公司授權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)MP7以及Cortex-M1內(nèi)核，方式與Altera半導(dǎo)體的NiosII類似，但是這類方式有同一個短板——需要在FPGA器件外面增加額外的MCU所需內(nèi)存器件，這使設(shè)計者又想起了傳統(tǒng)的單板機(jī)式系統(tǒng)思路。不過很快，Microsemi半導(dǎo)體Fusion（融合）器件系列的誕生第一次使SoC的概念變得清晰。Fusion系列器件內(nèi)嵌了多達(dá)512KB的用戶可用FlashMemory，設(shè)計者可以在需要嵌入Cortex-M1或者8051S處理器內(nèi)核的時候，將程序運(yùn)行的C Code存儲在器件內(nèi)部的FlashMemory中，當(dāng)然也可以用來存儲字庫、數(shù)組等用戶數(shù)據(jù)。Fusion的另一個創(chuàng)新在于將多達(dá)30個通道并包含比較器等調(diào)理電路的ADC集成于單芯片內(nèi)，實現(xiàn)模擬電路與數(shù)字電路的融合……現(xiàn)在，我們以上曾經(jīng)做過的FPGA設(shè)計一定程度上可以統(tǒng)一到Fusion器件的單芯片SoC平臺了。

　　利用Fusion的FPGA+Analog+“MCU”架構(gòu)，我們曾成功協(xié)助設(shè)計者定制其專屬的多核SoC系統(tǒng)。該產(chǎn)品的PCB面積有限，而傳統(tǒng)的行業(yè)方案或許需要2-3顆MCU來并行處理才能夠得以完成。基于設(shè)計者已有的軟件算法，我們推薦一顆Fusion器件并順利協(xié)助設(shè)計者嵌入2顆MCU軟核完成設(shè)計，他同時將原來的PCB縮減50%。而實現(xiàn)的這些功能包括數(shù)據(jù)的多通道配置、數(shù)據(jù)格式的算法、系統(tǒng)的多路模擬量監(jiān)控（ADC模擬模塊）、GPRS的遠(yuǎn)程通信協(xié)議和加密算法。在以后的相當(dāng)長的一段時間里，公司多次對設(shè)計者推薦這一項真正單芯片的軟核SoC解決方案并不斷獲得認(rèn)可，“融合”這個詞的意義初顯。