FPGA將可滿足便攜式存儲應用的低功耗要求
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FPGA將可滿足便攜式存儲應用的低功耗要求  2012/3/1
為了保持“聯系和聯絡”,消費者越來越多地依賴于他們的便攜式設備,其范圍包括了從智能手機、個人媒體播放器與數碼相機到新興的解決方案,例如筆記本電腦等。目前的手持設備可為多種應用服務,并提供了各種不同的功能,這轉而依賴于終端應用的大容量存儲,眾多的功能以及技術挑戰。   與此同時,便攜式設計師承受著不斷增加的成本和產品上市時間的壓力,在價格敏感的消費市場中努力提供著新的功能并緊跟上快速變化的標準。

為了保持“聯系和聯絡”,消費者越來越多地依賴于他們的便攜式設備,其范圍包括了從智能手機、個人媒體播放器與數碼相機到新興的解決方案,例如筆記本電腦等。目前的手持設備可為多種應用服務,并提供了各種不同的功能,這轉而依賴于終端應用的大容量存儲,眾多的功能以及技術挑戰。

與此同時,便攜式設計師承受著不斷增加的成本和產品上市時間的壓力,在價格敏感的消費市場中努力提供著新的功能并緊跟上快速變化的標準。問題的復雜化進一步要求在不犧牲電池壽命前提下,提供所有這些功能。

現場可編程門陣列(FPGA)歷來被認為是將設計推向市場的最佳途徑。然而,由于功耗及成本的考量,該技術的應用范圍已不僅限于原型設計。

然而,在過去的幾年里,設計進步已經推動FPGA轉向高容量便攜式設備的設計。此外,新興的解決方案正幫助設計師降低成本,并增加電池的壽命。舉例來說,基于Flash的FPGA解決方案,消除了與基于SRAM解決方案有關的大功耗配置存儲器和泄漏電流。

FPGA的靜態功耗低至5mW,并且有效/動態功耗低至25mW,其功耗可與定制ASIC和專用處理器相匹敵。此外,其內部可編程性使得設計人員能夠實現基于平臺的設計。這讓OEM廠商的工作從單一的基礎平臺和增加或去除某些特性轉變為滿足多種價值點。這一能力有效利用了覆蓋多個產品型號的硬件和軟件設計成本,為便攜式產品設計師產生了更大的規模經濟效益。

便攜式存儲的現狀

目前,便攜設備中越來越多的數字內容,增加了對更大存儲能力的需求。因此,便攜式存儲可能會占用電子設備中大部份的功耗。

從硬盤驅動器(HDD)到閃存設備,便攜式儲存應用可以利用FPGA來降低成本,提高靈活性并延長電池的壽命。用于運行操作系統(OS)和應用軟件的應用處理器已經預定義了接口,通常難以適應瞬息萬變的市場需求。

因此,在關鍵領域中,FPGA可提供更多想要的靈活性,這包括了存儲器、處理器橋和控制器,以及連接接口。在這些應用中,基于Flash的FPGA可以降低功耗,并同時支持多種存儲器接口標準。

各種存儲解決方案,大致可以分類為閃存器件和HDD,其可以用于目前不斷增長的大量電子設備中。便攜式產品需要高存儲容量的HDD解決方案,例如視頻錄像機和攝像機,將采用這兩種控制器中的一種。前者是一種集成器件電子(IDE)控制器,基于并行或串行ATA標準。后者是消費電子ATA(CE-ATA)控制器,這是一種小形狀系數設備的共同標準,例如便攜式媒體播放器和手持設備等。

閃存的使用也有所擴大,從而產生了另一套存儲接口。多種存儲卡格式,如安全數字(SD)和超小與可移動緊湊式閃存卡(CF)解決方案,與NAND閃存控制器一起是用于閃存市場的主要接口。

手持設備可以使用這些接口的組合或者只需要用于某個特定應用的一種接口。無論哪種方式,半導體解決方案必須提供可以實現任意數量接口選擇的靈活性。

應用處理器傳統上對某些選定的存儲接口提供支持。但是,手持設備設計的新趨勢是將應用處理器與超低功耗FPGA進行配對,采用FPGA來提供橋接功能,并擴大處理器的存儲接口支持(圖1)。

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存儲器的實現

實現存儲系統時,最重要的是要極為關注基本架構的選擇。首先,將采用哪種處理器?在競爭激烈的便攜產品市場,通常有幾個領先的候選處理器,設計師的選擇通常受到多種因素的影響,從技術要求,例如性能、尺寸和功率分布,到過去采用特定處理器的設計經驗。

因此,設計師必須仔細評估其設計目標。該設計是不是依靠先前的架構,因此要求向下兼容?這樣一來,工程師是否可以靈活選擇他們所采用的最有經驗的處理器?設計是否要求低功耗?當然,在便攜式應用中,處理器的功耗和效率將成為這一決定的關鍵因素。

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