可編程邏輯器件（pld）在性能、密度和功能方面獲得巨大進(jìn)步的同時，成本卻顯著下降。這一發(fā)展意味著當(dāng)成本和性能都是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)考慮因素時，設(shè)計(jì)者不再僅僅局限于使用assp、低成本asic和傳統(tǒng)的嵌入式處理器。方便使用的pld產(chǎn)品提供了能夠加快產(chǎn)品上市時間、延長產(chǎn)品使用壽命的可重編程、可定制邏輯解決方案。

altera低成本產(chǎn)品概述

altera目前在原來極有競爭力的幾款新產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，又推出了各款產(chǎn)品的第二代產(chǎn)品，它們可分為cpld系列產(chǎn)品（max ii）和fpga系列產(chǎn)品（cyclone ii、stratix ii、stratix gx）。max ii cpld產(chǎn)品：成本最低、密度最高的cpld（高達(dá)2,210個le和272個i/o）；具有非易失性和瞬時接通能力；低功耗（待機(jī)時間低至2ma）。cyclone ii fpga產(chǎn)品：低成本fpga；性能最佳；密度最高；具有高性能dsp和低成本嵌入式處理能力。
nios ii嵌入式處理器概述：它是一款可編程于fpga的軟處理器；支持32位risc架構(gòu)（3個cpu內(nèi)核），可支持性能優(yōu)化或尺寸（成本）優(yōu)化，具有性能/成本的極佳平衡；可永久使用/免版權(quán)稅許可；提供系統(tǒng)生成（sopc　builder）；支持ide環(huán)境。 6
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altera產(chǎn)品的應(yīng)用

消費(fèi)類

（1）、可定制硬件設(shè)備
用戶在選用標(biāo)準(zhǔn)硬件時往往還希望有足夠的彈性去做定制化，以獲得市場優(yōu)勢。例如一個影像解碼器，在新的市場環(huán)境中用戶希望它能增加新的功能，如硬盤、編碼器、還有連通性(如usb、ip、qam等)，使其變成一個媒體中心。

altera提供了具有標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)并同時支持不同產(chǎn)品的解決方案。方案由一個assp加一個altera fpga組成通用平臺，其優(yōu)點(diǎn)是可減化生產(chǎn)和庫存管理，減少系統(tǒng)的出錯。在定制化的過程中，軟件小組可以不用考慮硬件的變化，先行編寫開發(fā)軟件、驅(qū)動器程序；而硬件工程師希望增加一些新功能，因而添加了新的cpld和fpga，可實(shí)現(xiàn)特性的增強(qiáng)、故障的修復(fù)、共享型的pvr和豐富的視覺經(jīng)驗(yàn)；最后生成的時候用戶希望用asic的解決方案來降低價格，這時可增加新的系統(tǒng)或是子系統(tǒng)，如媒體的服務(wù)器或3d顯示器等。整個定制化過程都基于一個標(biāo)準(zhǔn)的通用平臺，所以對硬件不需要做任何的修改。

（2）、帶有cam（條件接收模塊）的機(jī)頂盒
條件接收模塊是有限電視廠商用來管理用戶訂購的服務(wù)，模塊由兩個部分組成，一個stb、一個是cam，stb和cam之間是通過usb2.0或是pcmcia接口來連接。

條件接收模塊組成架構(gòu)：cyclone ii部分主要功能是條件接收硬件邏輯、存儲器控制、以及usb的pcmca接口。其中nios ii微處理器主要是處理控制功能；與cyclone ii連接的是一顆max ii epm240 cpld，它主要是做一些邏輯和安全的防護(hù)以及fpga的配置，同時它也監(jiān)視服務(wù)器端的視頻信號匯流。

工業(yè)和汽車

（1）、軍事或工業(yè)用高分辨率、小體積夜視視頻相機(jī)
該設(shè)備原來由5個內(nèi)部連接的pcb和17個ic組成，有5塊pcb板，整合后改用一塊集成nios ii處理器的cyclone ii板即實(shí)現(xiàn)了原先的功能，整機(jī)體積減少了50%，價格降了20%，耗電量只有原來的1/5。如圖1所示。

（2）、新一代汽車的視頻管理系統(tǒng)
它主要是由中間的視頻處理器來完成各種處理，中間的視頻處理器是一個中央處理器，它可處理從不同端來的視頻信號。其中后攝像機(jī)、后座顯示器等都屬于安全功能，dvd、tv則是乘客娛樂系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了汽車應(yīng)用所需的低價位，尤其是其中的cyclone和cyclone ii 提供了高性能及低價位的完美結(jié)合。

測試和醫(yī)療

（1）、麻醉系統(tǒng)

麻醉氣體的監(jiān)控、麻醉控制板或是一些接口等等都運(yùn)用cyclone fpga實(shí)現(xiàn)。

整個麻醉系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)：它由主cpu/顯示器用戶接口、控制和代理傳送、氣體監(jiān)控、電子混頻器及通風(fēng)i/f組成。其中顯示器是一單板電腦，有cpu和北橋；控制和代理傳送、以及氣體監(jiān)控、電子混頻器及通風(fēng)i/f，都是由配有fpga和具有pci定制化邏輯的模板搭建的。其中fpga中有一個nios ii cpu，它對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制；而avalon則用于周邊的匯流整合，如等待狀態(tài)功能或是匯流重組等。系統(tǒng)通過在一個通用平臺上進(jìn)行不同的定制，來實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用，從而節(jié)省了成本。

（2）、手持式測試儀器

該儀器設(shè)計(jì)架構(gòu)是一個通用的架構(gòu)，主要組成是一個sopc（可編程芯片系統(tǒng)），里面包括軟cpu、定制化邏輯及標(biāo)準(zhǔn)接口，這樣的設(shè)計(jì)可符合市場上大部分的手持式測試儀器，且不會過時。

plexus個案研究

plexus公司產(chǎn)品要求

plexus是一家主要進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)和制造服務(wù)的公司。其所生產(chǎn)的工業(yè)數(shù)據(jù)捕獲單元是在苛刻環(huán)境條件下（下雨、下雪或沙塵暴）使用的單元，用來記錄以各種速率移動的移動目標(biāo)的關(guān)鍵測量數(shù)據(jù)。參數(shù)存儲在數(shù)據(jù)捕獲單元中，并傳送至pc和服務(wù)器，供用戶監(jiān)控。

其產(chǎn)品要求：通過rs232實(shí)現(xiàn)與17個數(shù)據(jù)捕獲模塊的接口。捕獲模塊位于子卡上，系統(tǒng)需要能處理數(shù)據(jù)緩沖、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同時傳送，外部需有rs232端口、rs485端口及以太網(wǎng)端口，必須探測目標(biāo)的出現(xiàn)和速度、外部和內(nèi)部溫度監(jiān)控及風(fēng)扇和加熱器控制。

產(chǎn)品方案

a、原始方案
采用一個微處理器和多個分立的低端微控制器，連接在多點(diǎn)串行鏈路上。微處理器用來控制和監(jiān)控整個系統(tǒng)，包括控制所有子卡；而下面子卡的部分由低端微控制器來控制整個模塊傳輸資料到微處理器；微處理器與子卡之間通過rs485進(jìn)行連接。這樣設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是多個微處理器需要開發(fā)軟件和編碼跟蹤，而且需要更多的硬件，因而不容易進(jìn)行測試和生產(chǎn)。這樣的設(shè)計(jì)在處理同步資料緩沖和傳送時很困難，如圖1所示。

使用cyclone nios ii處理器，所有設(shè)計(jì)都整合到fpga中，之前的子卡不需任何微控制器。另外因?yàn)槊總€子卡都有獨(dú)立的溝通管道，因而fpga跟任何子卡都可獨(dú)立溝通，在同時溝通時也沒有任何困難。同時其他的控制和監(jiān)控功能也都被包括在內(nèi)，如圖2所示。

nios ii具有以下性能優(yōu)勢，因而獲得了采用。
a、nios ii系統(tǒng)的sopc builder具備了該系統(tǒng)所需的絕大多數(shù)外設(shè)。
b、使用nios ii處理器可縮短現(xiàn)有的外設(shè)開發(fā)時間，即降低了nre成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更快面市。

c、在sopc builder設(shè)計(jì)定義的總線體系結(jié)構(gòu)中，對接口和外設(shè)所需的任何“膠合邏輯”，avalon都能完成處理。sopc builder定制外設(shè)非常容易，只要選擇合適的hdl檔案，定義avalon的信號界面和時序便可完成（通過一個.ptf的文本文件來定義，方便修改）。

sopc builder還可生成hdl源代碼，使設(shè)計(jì)人員能夠增強(qiáng)或修改外設(shè)；sopc builder可提供軟件驅(qū)動；能自動生成system.h文件，簡化了硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)和重新設(shè)計(jì)，就算硬件在sopc builder改變位置，軟件

也不需重新定義硬件位置；可實(shí)現(xiàn)硬件/軟件協(xié)同仿真。

d、nios ii可提供開發(fā)平臺。

e、altera為nios ii提供了很有幫助的c樣本代碼。

f、整個設(shè)計(jì)是在一個cyclone ep1c12 fpga中實(shí)現(xiàn)的，它是一個整體系統(tǒng)的低成本方案，具有可伸縮性。

g、altera為nios ii提供良好的支持與培訓(xùn)。

h、最后nios ii處理器方案還具有良好的靈活性和可配置性，它可實(shí)現(xiàn)迅速、方便的改動，具備短時間內(nèi)修改外設(shè)和系統(tǒng)配置的能力。 小結(jié)

設(shè)計(jì)在sopc中的nios ii處理器提供了低成本、靈活可配置的解決方案，此方案不僅節(jié)省了開發(fā)時間，還可根據(jù)設(shè)計(jì)添加和修改的要求，迅速進(jìn)行改動。另外通過在一個cyclone fpga中使用nios ii處理器，降低了整體元件成本和元件數(shù)量。