系統(tǒng)級(jí)芯片(soc)可采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)或?qū)Ｓ眉呻娐?asic)兩種方式實(shí)現(xiàn)。目前業(yè)界通常將處理器、邏輯單元和存儲(chǔ)器等系統(tǒng)嵌入fpga中構(gòu)成靈活的soc解決方案，本文以virtex-ii系列platform fpga為例，說(shuō)明采用fpga方案進(jìn)行數(shù)字顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)所具有的靈活、快速和低成本等特性。

　　系統(tǒng)級(jí)芯片(soc)解決方案被譽(yù)為半導(dǎo)體業(yè)最重要的發(fā)展之一，目前，從數(shù)字手機(jī)和數(shù)字電視等消費(fèi)類電子產(chǎn)品到高端通信lan/wan設(shè)備中，這一器件隨處可見(jiàn)。過(guò)去，為了創(chuàng)建此類嵌入式系統(tǒng)，設(shè)計(jì)工程師不得不在處理器、邏輯單元和存儲(chǔ)器等三種硬件中進(jìn)行選擇，而現(xiàn)在這些器件已合并為單一的soc解決方案。

　　soc面臨的挑戰(zhàn)

　　嵌入式系統(tǒng)soc可采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)或?qū)Ｓ眉呻娐?asic)實(shí)現(xiàn)。開(kāi)發(fā)新型soc器件需要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題包括：新的設(shè)計(jì)工具、先進(jìn)的工藝技術(shù)及半導(dǎo)體ip。盡管在技術(shù)上十分先進(jìn)，基于asic的soc產(chǎn)業(yè)仍然面臨著挑戰(zhàn)，甚至?xí)虼穗y以完全發(fā)揮潛力，以下列舉其面臨的一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)：

　　1. 系統(tǒng)復(fù)雜性不斷增加，因此更容易引起設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和產(chǎn)品延遲，而重新投片則會(huì)導(dǎo)致成本上升。

　　2. 上市時(shí)間壓力更大�？s短上市時(shí)間面臨著許多內(nèi)部及外部壓力要求，因?yàn)楝F(xiàn)在的設(shè)計(jì)方法仍然按照傳統(tǒng)asic時(shí)間進(jìn)度實(shí)施。

　　3. 產(chǎn)品生命周期更短，對(duì)生命周期為半年到一年的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)用的要求更強(qiáng)了。

　　4. 多種業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)并存。各種新的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)不斷產(chǎn)生和更新，因此產(chǎn)品難以與業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的變化保持同步。

　　5. 可用于不同產(chǎn)品的設(shè)計(jì)靈活性較差。

　　6. 可重配置及現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)性能缺乏。

　　現(xiàn)在，基于fpga的soc可以解決以前基于asic的soc無(wú)法完成的任務(wù)和挑戰(zhàn)，如現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)、減少產(chǎn)品上市時(shí)間、滿足不斷出現(xiàn)和更新的標(biāo)準(zhǔn)要求�；趂pga的soc設(shè)計(jì)可用于多種場(chǎng)合，其中從asic向fpga轉(zhuǎn)型中受益最多的應(yīng)用包括：

　　1. 通信及網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施。

　　2. 數(shù)據(jù)處理：服務(wù)器及存儲(chǔ)設(shè)備。

　　3. 消費(fèi)類電子產(chǎn)品：數(shù)字機(jī)頂盒、數(shù)字電視和個(gè)人攝像機(jī)。

　　asic在器件成本、尺寸和性能上頗具優(yōu)勢(shì)；而fpga則在上市時(shí)間、建模時(shí)間及升級(jí)能力上稍勝一籌，這些是權(quán)衡設(shè)計(jì)中fpga和asic取舍的基本依據(jù)。與asic相比，fpga最大的不同在于它采用了大量的晶體管和內(nèi)部互聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)編程。由于asic所用的晶體管數(shù)較少，因此就這一方面而言，asic的器件成本通常比f(wàn)pga要低。不過(guò)，根據(jù)摩爾定律所述，fpga和asic在密度、性能及器件成本上的差距正逐漸縮小。如圖1所示，芯片內(nèi)連技術(shù)，如采用更多金屬層及銅連線，有助于縮小fpga和asic之間的成本、密度及性能差距。此外，在計(jì)算基于asic或fpga的soc成本時(shí)，除了生產(chǎn)成本外，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)所需的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)也是一項(xiàng)重要的考慮因素。

　　xilinx的可編程邏輯器件的發(fā)展過(guò)程。fpga最初僅提供簡(jiǎn)單的邏輯解決方案組合，然后發(fā)展為platforms fpga，在功能及總成本上均為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師提供了極大價(jià)值�，F(xiàn)在，從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備到高端消費(fèi)類器件，fpga均開(kāi)始了大批量生產(chǎn)。下面以platform fpga方案為例，說(shuō)明基于fpga的soc方案的特點(diǎn)。

　　platform fpga解決方案

　　platform fpga是高性能的soc解決方案，下面對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行概要介紹。

　　a. platform fpga模型

　　以因特網(wǎng)、無(wú)線、全球化及個(gè)人通信為代表的信息化時(shí)代要求設(shè)備生產(chǎn)商在標(biāo)準(zhǔn)通信系統(tǒng)中增加數(shù)據(jù)率及通道數(shù)，以支持視頻流、音頻流及數(shù)據(jù)流。platform fpga為生產(chǎn)商提供了所需的系統(tǒng)靈活性、上市時(shí)間并可支持高帶寬要求。此外，platform fpga提供了用于嵌入式處理器的系統(tǒng)控制、用于客戶訂制數(shù)據(jù)濾波及并行處理的dsp內(nèi)核以及用于系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)通信的吉比特串行及源同步i/o口。

　　virtex-ii系統(tǒng)門密度為4萬(wàn)到800萬(wàn)不等，可提供嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)器。由于這種高密度片上存儲(chǔ)器可提供快速高效的fifo緩沖區(qū)、移位寄存器及cam，因此增加了整體系統(tǒng)帶寬。嵌入式ram模塊及高速存儲(chǔ)接口為帶寬要求很高的系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的、基于存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)通道。

　　virtex-ii器件及其擴(kuò)展器件所提供的platform fpga功能可解決系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)中面臨的信號(hào)完整性、復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)鐘管理及板上emi管理等問(wèn)題。

　　b. platform fpga的軟硬內(nèi)核

　　platform fpga是一種靈活的解決方案，它在單芯片上集成了一系列軟硬ip內(nèi)核，同時(shí)硬件和固件可隨時(shí)升級(jí)。fpga架構(gòu)的可編程性縮短了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間，單個(gè)platform fpga就可滿足多種應(yīng)用需要。此外，它還提供了軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的靈活性，設(shè)計(jì)工程師可在開(kāi)發(fā)周期內(nèi)便進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

　　platform fpga采用了ip插入和有源內(nèi)連技術(shù)。采用ip插入技術(shù)可將任何大小或形狀的軟硬ip內(nèi)核無(wú)縫地插入到fpga架構(gòu)中任何部分，并保持與周圍陣列極佳的連通性。而有源內(nèi)連技術(shù)則提供了有源的布線通道，使得軟