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基于FPGA的数字频谱分析仪设计和实现(3)

时间:2017-05-14 21:46来源:毕业论文
1.2.1 嵌入式系统 嵌入式系统即以应用为中心,以计算技术为基础,并且软硬件可以被裁剪以适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求


1.2.1  嵌入式系统
嵌入式系统即以应用为中心,以计算技术为基础,并且软硬件可以被裁剪以适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。它具有系统内核小,专用性强,系统精简,操作系统软件固化存储等特点。
嵌入式系统由软件和硬件两大部分组成,软件包括联系紧密的系统软件和应用软件。硬件包括处理器(CPU)、存储器、输入输出接口和外部设备等。
嵌入式处理器有硬核和软核之分,常用的嵌入式处理器硬核有ARM、PowerPC、INTELX86等,其中INTEL XSCALE和EIA嵌入式架构为嵌入式硬核的代表,普遍具有高性能、低功耗等特点和强大的多媒体处理、网络通信能力。其嵌入式操作系统Windows CE和Embeded Linux高效稳定,具有多任务、多用户的图形操作环境,已经得到广泛的应用。
嵌入式处理器软核以Altera公司开发的第一代Nios及第二代Nios II为先进代表。Nios II嵌入式处理器是一种采用流水线技术、单指令流的RISC(Reduced Instruction SetComputing),其大部分指令可以在一个时钟周期内完成。Nios和NiosII处理器软核均为可配置的通用处理器。可与用户自定义逻辑(User defined logic)结合构成一个基于FPGA的片上系统。32位Nios II软核结合外部闪存以及大容量存储器,可构成一个功能强大的32位嵌入式处理器系统。
1.2.2  SOC和SOPC
SOC(System on-a-Chip)称为片上系统,它是指将一个完整产品的功能集成在一个芯片上或芯片组上。SOC中可以包括微处理器CPU、数字信号处理器DSP、存储器、总线和总线控制器、外围设备接口等,还可以包括数模混合电路(放大器、比较器、A/D和D/A转换器、锁像环等),系统级芯片技术SOC设计不仅仅是一个专业领域的概念,而且是微电子、计算机及电子系统设计应用领域等多学科的交叉和融合。SOC的核心技术是IP复用,基于可重用IP的SOC设计方法的出现,是当今集成电路设计方法学的主要研究方向。SOC集成将完成对所有准备使用的IP核进行接口互连、时序排列、综合方式选择、功耗估计等工作。SOC的设计方法是自顶向下(Top-Down)的从系统级到功能模块的软、硬件协同设计方法,实现了软、硬件的无缝结合,直接在处理器芯片内嵌入操作系统的代码模块,具有极高的综合性。
SOPC(System On Programmable Chip)技术是美国Altra公司于2000年最早提出的,并同时推出了相应的开发软件。SOPC是基于FPGA解决方案的SOC,与ASIC的SOC解决方案相比,SOPC系统及其开发技术具有更多的特色。它将处理器、存储器、I/O口等系统设计,以及需要的功能模块集成到一个PLD器件上,构建成一个可编程的片上系统。它是可编程系统,具有灵活的设计方式,可裁减、可扩充、可升级,并具备软硬件的在系统可编程的功能。可编程器件内,还具有小容量高速RAM资源。由于市场上有丰富的IPCore资源可供灵活选择,用户可以构成各种不同的系统,如单处理器、多处理器系统。有些可编程器件内还可以包含部分可编程模拟电路。除了系统使用的资源外,可编程器件内还具有足够的可编程逻辑资源,用于实现其它的附加逻辑。从应用角度看,SOPC与SOC相比有自己的优点,因为它是基于PLD/FPGA(FieldProgrammable Gate Array)实现的,可以十分方便随时下载以验证其功能及性能,灵活性高。对产品的设计修改,只要对芯片中电路布局进行改动或者增减功能即可,可以ISP方式重新下载,便于优化设计和缩短设计周期。
1.2.3  IP核
基于SOPC的设计在很大程度上依赖于集成电路IP,IP(Intellectual property)是知识产权的简称。集成电路IP是经过预先设计、预先验证、符合产业界普遍认同的设计规范和设计标准,并具有相对独立且可以重复利用的电路模块或子系统,如CPU、运算器、存储器等。 基于FPGA的数字频谱分析仪设计和实现(3):http://www.751com.cn/tongxin/lunwen_7030.html
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