FPGA将可满足便携式存储应用的低功耗要求

为了保持“联系和联络”，消费者越来越多地依赖于他们的便携式设备，其范围包括了从智能手机、个人媒体播放器与数码相机到新兴的解决方案，例如笔记本电脑等。目前的手持设备可为多种应用服务，并提供了各种不同的功能，这转而依赖于终端应用的大容量存储，众多的功能以及技术挑战。  

与此同时，便携式设计师承受着不断增加的成本和产品上市时间的压力，在价格敏感的消费市场中努力提供着新的功能并紧跟上快速变化的标准。问题的复杂化进一步要求在不牺牲电池寿命前提下，提供所有这些功能。

现场可编程门阵列(FPGA)历来被认为是将设计推向市场的最佳途径。然而，由于功耗及成本的考量，该技术的应用范围已不仅限于原型设计。

然而，在过去的几年里，设计进步已经推动FPGA转向高容量便携式设备的设计。此外，新兴的解决方案正帮助设计师降低成本，并增加电池的寿命。举例来说，基于Flash的FPGA解决方案，消除了与基于SRAM解决方案有关的大功耗配置存储器和泄漏电流。

FPGA的静态功耗低至5mW,并且有效/动态功耗低至25mW，其功耗可与定制ASIC和专用处理器相匹敌。此外，其内部可编程性使得设计人员能够实现基于平台的设计。这让OEM厂商的工作从单一的基础平台和增加或去除某些特性转变为满足多种价值点。这一能力有效利用了覆盖多个产品型号的硬件和软件设计成本，为便携式产品设计师产生了更大的规模经济效益。

便携式存储的现状

目前，便携设备中越来越多的数字内容，增加了对更大存储能力的需求。因此，便携式存储可能会占用电子设备中大部份的功耗。

从硬盘驱动器(HDD)到闪存设备，便携式储存应用可以利用FPGA来降低成本，提高灵活性并延长电池的寿命。用于运行操作系统(OS)和应用软件的应用处理器已经预定义了接口，通常难以适应瞬息万变的市场需求。

因此，在关键领域中，FPGA可提供更多想要的灵活性，这包括了存储器、处理器桥和控制器，以及连接接口。在这些应用中，基于Flash的FPGA可以降低功耗，并同时支持多种存储器接口标准。

各种存储解决方案，大致可以分类为闪存器件和HDD，其可以用于目前不断增长的大量电子设备中。便携式产品需要高存储容量的HDD解决方案，例如视频录像机和摄像机，将采用这两种控制器中的一种。前者是一种集成器件电子(IDE)控制器，基于并行或串行ATA标准。后者是消费电子ATA(CE-ATA)控制器，这是一种小形状系数设备的共同标准，例如便携式媒体播放器和手持设备等。

闪存的使用也有所扩大，从而产生了另一套存储接口。多种存储卡格式，如安全数字(SD)和超小与可移动紧凑式闪存卡(CF)解决方案，与NAND闪存控制器一起是用于闪存市场的主要接口。

手持设备可以使用这些接口的组合或者只需要用于某个特定应用的一种接口。无论哪种方式，半导体解决方案必须提供可以实现任意数量接口选择的灵活性。

应用处理器传统上对某些选定的存储接口提供支持。但是，手持设备设计的新趋势是将应用处理器与超低功耗FPGA进行配对，采用FPGA来提供桥接功能，并扩大处理器的存储接口支持(图1)。



存储器的实现

实现存储系统时，最重要的是要极为关注基本架构的选择。首先，将采用哪种处理器？在竞争激烈的便携产品市场，通常有几个领先的候选处理器，设计师的选择通常受到多种因素的影响，从技术要求，例如性能、尺寸和功率分布，到过去采用特定处理器的设计经验。

因此，设计师必须仔细评估其设计目标。该设计是不是依靠先前的架构，因此要求向下兼容？这样一来，工程师是否可以灵活选择他们所采用的最有经验的处理器？设计是否要求低功耗？当然，在便携式应用中，处理器的功耗和效率将成为这一决定的关键因素。

决定的作出还与存储器架构有关。主处理器上有哪些接口？某些存储项目的存取比其他项目更频繁吗？如果存取频率有差异，双重系统可能是最佳的。该应用是否需要快速存取存储器来满足应用的需要？如果是的话，可能需要专用的存储器控制器。该系统是否需要识别所配的存储器类型，并且与回扫的接口标准相匹配？其次，需要外部可适应控制器来实现这一功能。

通常，终端应用的设计要求影响处理器的选择，而并非特定处理器所支持的存储接口。存储器的选择也将受到终端应用需求的影响。因此，在处理器和存储器之间，接口的选择可能有几十至几百种。

在进一步研发之前，设计师可能需要测试几种不同的存储方案来实现概念验证。对处理器到最佳存储器解决方案的可能接口进行匹配时，采用FPGA作为接口解决方案，提供了彻底的灵活性。