基于FPGA的嵌入式系统设计

基于FPGA的嵌入式系统探究

[摘要]：嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。本文主要是基于fpga现场可编程门阵列技术，从系统架构、特点等方面介绍了嵌入式系统，希望为其进一步发展打下基础。

[关键词]：fpga芯片 嵌入式系统 嵌入式微处理器

一、引言

嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上pda、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。

二、嵌入式系统简介

嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于pc中bios的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。

嵌入式系统的硬件部分，包括处理器，微处理器、存储器及外设器件和i/o端口、图形控制器等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用eprom、eeprom或闪存(flash memory)作为存储介质。软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。

三、嵌入式微处理器

嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器具有以下特点：

对实时和多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度；

具有功能很强的存储区保护功能，这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断；

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基于FPGA的嵌入式系统设计

作者：张改莲

来源：《价值工程》2011年第19期

FPGA-based Embedded System Design

Zhang Gailian

（College of Engineering，Xi'an International University，Xi'an 710077，China）

摘要： 随着计算机体系结构理论的完善，嵌入式技术不断取得新进展，其研究和应用已成为当前的热门技术。SOPC是Altera公司提出的一种灵活、高效的片上系统设计方案。重点介绍基于NiosⅡ内核处理器的嵌入式SOPC开发板的设计。

Abstract: With the improvement of the theory of the computer architecture, embedded

technology has made new progress, its research and application has become a popular technology.

SOPC is the flexible and efficient system on chip design proposed by Altera company. The paper

focused on the design of embedded SOPC development board based on the core processor of NiosⅡ.

关键词： 嵌入式系统 NiosⅡ内核 FPGA

Key words: embedded system；Nios Ⅱ kernel；FPGA

中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）19-0171-01

Ｔ　阳ＲｕＭ　

基于ＦＰＧＡ的嵌入式系统概述　

李倩　

（西南交通大学机械工程学院。四川成都６１　１７５６）　

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：ＴＰ３９　３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１－７５９７（２０１４）０９一Ｏ１５２—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，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ｌ　

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。　

较件替分　

图Ｉ嵌入式系统的组成　

１　ＦＰＧＡ在嵌入式系统中的作用　

１．１　ＦＰＧＡ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　

Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

基于ＦＰＧＡ嵌入式系统的研究与应用　

崔　健，刘　晋　

ｆ辽宁师范大学计算机与信息技术学院，辽宁大连１１６０８１）　

摘　要：针对ＦＰＧＡ自身用户可编程的特性，分析了ＦＰＧＡ嵌入式系统的优势和应用领域，研究　

了利用ＦＰＧＡ实现嵌入式系统的基本原理和设计方法，重点探讨了其结构的转换难点。通过具体应　

用，分析了乘法累加驱动滤波器的实现原理和处理过程，设计了ＦＰＧＡ嵌入式系统的具体实现方式。　

关键词：ＦＰＧＡ；嵌入式系统；ＤＳＰ；片上系统　

中图分类号：ＴＰ３．０５　文献标识码：Ａ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦＰＧＡ　

ＣＵＩ　Ｊｉａｎ，ＬＩＵ　Ｊｉｎ　

ｆＣｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ　１　１　６０８　１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　ＦＰＧＡ，ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｂｒｏａｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＦＰＧＡ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｖｅ　ｂｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦＰＧＡ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　

ｔｈｅ　ｄｉｆｉｃｕｌｔ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｔｒａｎｓｆｅｒ．Ａｔ　ｌａｓｔ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｒｅａｌｉｚｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ｏｆ　ＭＡＣ　

ｆｉｌｔｅｒ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＦＰＧＡ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．