一、概述
在许多领域中广泛应用的嵌入式计算系统(简称为嵌入式系统),是在更大的电子器件中嵌入的重复完成特定功能的计算系统,它经常不被器件的使用者所识别,但在各种常用的电子器件中能够找到这些嵌入式系统。例如,消费类电子产品中的手机、寻呼机、数字相机、摄像机、录像机、个人数字助理等,家用电器中的微波炉、洗衣机、烤箱、门禁系统、照明系统等,商用装置中的卡片读入器、扫描仪、打印机等。这些嵌入式系统具有几个共同的特性:
1．单一的功能:一个嵌入式系统通常重复地执行一个特定的程序,除非嵌入式系统的程序被新的版本更新,或者由于尺寸的限制几个程序在一个系统中被调进或调出,但即使这些例外也表示系统具有特定的功能。
2．严紧的限制:所有的计算系统在设计时都有许多约束的要求,但是对嵌入式系统的约束特别严紧,诸如成本、尺寸、性能和功耗等设计的限制条件可以评定系统实现的特性,而嵌入式系统还有特别高的设计技术要求。
3．实时的反应:许多嵌入式系统必须连续地对系统环境的变化做出反应,并且无延误地实时计算出确定的结果。
4．软硬件共存:一般嵌入式系统由嵌入式处理器、系统的外围硬件设备、嵌入式操作系统和系统应用软件等四部分组成,是一个以微处理器为核心的数字系统,涉及到硬件和软件两方面的技术,嵌入式系统的微处理器可以是通用处理器或微处理器、单片机或DSP的专用处理器、单用途处理器等。
由于设计的度量标准是对嵌入式系统实现可测量的特性,嵌入式系统的设计必须构造全部预期功能的实现,但面临的挑战是同时对大量设计的度量标准进行优化。
除去不可回收的工程(NRE)成本外,对设计系统的要求还包括单元成本、尺寸、性能功耗、灵活性、样机时间、上市时间、可维护性、故障率和安全性等。
从系统对上市时间的要求、可编程的特性以及集成度等方面考虑,以可编程门阵列(FPGA)来实现可配置的嵌入式系统已越来越广泛。图1表示FPGA实现嵌入式系统的市场预测,估计从2002年的23亿美元,将增长到2008年的63亿美元。
采用90纳米工艺生产FPGA器件之后,FPGA器件进一步降低成本,减少功耗和提高性能,低成本使FPGA成为中小批量生产的应用器件,应用范围从早期的军事、通信系统等扩展到低成本消费电子类等产品。目前在实现嵌入式系统的各个领域得到广泛的应用,并进一步带来设计方法的变化。表1列出主要的FPGA产品在成本、功耗和性能上的改进。
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