基于fpga嵌入式系统概述

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1、基于FPGA嵌入式系统概述摘要主要介绍嵌入式系统的定义、特点、组成及FPGA的基本特性，概述了FPGA实现嵌入式系统的地位和作用，综述基于FPGA的嵌入式系统设计方法。基于FPGA的嵌入式系统以其丰富的可编程资源成为系统设计的平台，对可编程系统有重要的意义。关键词嵌入式系统；FPGA中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1671-7597(2014)09-0152-01嵌入式系统是一种专用的计算机系统，它主要包括四个部分，主要是嵌入式操作系统、外围硬件设备、嵌入式微处理器和用户的应用程序，是监视控制或者辅助装置、机器和设备运行的装置。嵌入式系统

2、面向应用，符合应用系统在各方面的严格要求，将计算机作为基础，将软件与硬件结合起来，从而最大程度上的适应应用系统。嵌入式系统通常是面向特点应用的，一般情况下，嵌入式系统设计时需硬件与软件进行结合，设计时要求其减小冗余度，从而达到高效。大部分的嵌入式系统其集成度较高，能够将由通用计算机和板卡完成的任务高效的集成在处理器芯片上。并且，嵌入式系统的体积较小，其高的集成度有利于嵌入式系统的小型化。嵌入式系统功耗较低，因为它集合了计算机、电子和半导体和其他各个行业的应用系统，所以它的创新性和技术密集性不断提高，与网络的紧密度也不断增强。嵌入式系统包含两种计算机系统

3、，一是非桌面系统，二是服务器系统。结合嵌入式开发时的操作过程与其物理和逻辑上的模块划分，可以将嵌入式系统划分为以下几个部分：微处理器、外围硬件、嵌入式操作系统、应用程序、开发环境。图1说明了嵌入式系统中的各个组成部分以及各个组成部分之间的关系。图1嵌入式系统的组成1FPGA在嵌入式系统中的作用1.1FPGA的基本特性现场可编程门阵列（FPGA）含有丰富的可编程资源，最初的FPGA可编程逻辑器件只有器件的引脚或输入输出、是否接入上拉或下拉电阻、CMOS电平和可编程的输入输出接口；由基本逻辑单元组成的可编程逻辑模块，该模块可以实现组合逻辑和时序电路，并且用

4、户可以直接编程来组成包含数字系统的电路以及可编程的互连线三种最基本的可编程逻辑资源。现在，FPGA组成的可编程系统已经成为嵌入式系统中的重要成分，用户可以直接编程，通过软硬件的结合，完成可以实现系统功能的连线从而构造模拟电路。1.2FPGA在嵌入式系统中的地位和作用随着信息技术的不断发展，以FPGA为核心的嵌入式系统在可编程片上系统发挥着越来越重要的作用，一些逻辑器件也可以直接嵌入到FPGA中，从而实现越来越多的功能。例如：数字信号处理DSP算法、IPCore算法、精简指令集RISC处理器的内核和嵌入的ASIC器件等。这些处理器可以通过输入输出的形式嵌

5、入到FPGA中，从而提高FPGA的逻辑门严密性，并且其设计工具的软件业不断完善，硬件设施逐步提高，保证了FPGA更高的集成度逾期更强大的逻辑实现能力。随着嵌入式系统的发展，RISC处理器的高处理速度使其在嵌入式系统中逐渐占有重要的地位，现场可编程技术渐渐以FPGA为代表，从而实现可配置、可扩展的处理器。基于FPGA的嵌入式系统也可以实现数字信号处理算法，DSP算法在传统的嵌入式系统里是通过一种专门优化的数字处理器来实现，基于FPGA的数字信号处理算法可以为硬件的提供实现的途径。FPGA的飞速发展，可以在FPGA中嵌入到ASIC模块中，提高嵌入式系统的灵

6、活性，并为通信领域解决了一些复杂问题。2基于FPGA的嵌入式系统设计方法2.1设计过程的主要步骤从上而下看，一开始是需求，接着是规格。在设计嵌入式系统时，首先应该对需求与规格进行说明；然后通过架构的开发来进行系统内部的建立，再对系统内部所需要的组件进行确定，规划组件的规格，确定了需要的组件。然后建立系统，实现组件的软件部分与硬件部分的设计，最后将所有的组件加以集成，从而得到一个的完整的系统。设计嵌入式系统前期，我们应该先规划好该系统的制造成本、性能稳定性的要求、用户的接口与转串口以及节能方面的因素等问题，从而保证该系统的完整性。然后，以这些问题为前提，

7、我们应该确定嵌入式系统的设计步骤：首先通过分析设计的各个步骤，来决定各个步骤符合该系统的规格；然后，加入更紧密的内容保证系统的稳定性；最后确定整个系统的设计目标。设计嵌入式系统时往往会牵涉到硬件与软件的设计，所以在初期对产品的规格与需求设计时，需要将软件与硬件都考虑进来，并要求进行同步设计。将所有组件加以集成后，需对整体的系统进行调试，确定系统的完整性与可利用性。2.2FPGADSP嵌入式系统设计DSP技术应用通信领域、数据获取领域、软件无线电领域、图像处理领域和视频处理等各个领域，但是使用DSP系统的成本较高，集成度和功耗等性能指标较低，并且不能压缩

8、视频，DSP处理器还会引起调试的困难，这些问题导致DSP的应用的低效率。基于FPGA的DSP不