FPGA将可满足便携式存储应用的低功耗要求

选择存储接口平台

存储实现中的下一步就是处理器和应用的依赖性。大多数处理器厂商在存储空间中提供了充分的开发平台，以方便使用他们的专用处理器平台。每个处理器开发板也伴有一套标准接口，但这些接口可能与所选定的存储技术的要求并不匹配。

处理器开发板应该有一个标准的扩展头，专门设计用来开发子插件板，其支持更多的外围设备，以及对相同处理器的多种存储协议进行评价。以选定的主板为原型，选择存储接口而不必购买多个子插件板时，具备板载FPGA的子插件板更具灵活性。

FPGA在处理器扩展卡上可采用以下两种方式之一。第一种方法是通过增加额外的存储器插槽扩展对原有外设的支持，该插槽还兼容处理器上已有的插槽。第二种方法是能够提供非原有外设的支持，增加处理器上并不能提供的接口。

图2表示了飞思卡尔公司i.MX27多媒体开发平台。i.MX27处理器主要是针对视频应用，如视频安全以及通过IP传输视频或语音。该处理器还具有广泛的接口来满足大多数应用。



在这一开发平台中，供应商想要向该平台增加一些其他存储器接口。要选择非原有的外设支持的话，基于闪存的FPGA可直接连接到i.MX27处理器的地址和数据总线。通过自身的SD/MMC和CE-ATA协议接口，FPGA也能够与飞思卡尔处理器一起使用SD卡和微硬盘(Micro Hard Drive)存储介质。

当需要进行概念证明时，有必要有一张存储卡，这种卡可以支持所有可能的接口。理想情况下，开发板应该能够识别所插入存储器的类型，并选择从FPGA到该处理器的正确接口。由于具有成熟的自动连接功能，设计师不需要知道如何针对每个设备对FPGA进行编程。但是，设计师可以对其终端应用所选定的协议进行评估。通用存储卡也可用于对多种处理器进行评价。

采用业界标准的开发板可以节省几个月的开发时间并降低生产成本。通过进行第一轮的器件选型，并且可能实现去掉某些器件而无需在原型系统上浪费资源，在交付最终架构之前，可能要对多种处理器和接口标准进行评价。

功耗测量

对低功耗便携式应用，最好一开始就谨记对开发平台采用低功耗设计。通常，这些平台已经采用低功耗器件来消除一些稍后所需要的额外设计优化。

综合开发平台将提供电路图和材料清单(BOM)的详细信息，考虑最终设计所采用的版图和器件时，应该对其进行认真研究。当为你的低功耗便携式应用选择最佳的开发平台和子插件板时，对功耗进行测量的能力也是一个关键的方面，无论是对整个系统还是对个别器件的功耗进行测量。

已经选定了处理器、存储器类型和IP，低功耗存储实现的下一阶段就是要确定最后所得到的系统是否真的是低功耗。在这种情况下，FPGA存储扩展接口卡可用来测量功耗。

每次测量都尽可能使用板载跳线。要测量板子上的任何位置，有必要关闭器件，清除跳线，连接万用表，然后，对系统上电。功耗可以分为以下位置：

FPGA内核电流的测量用于评价IP功耗的使用，并且说明了可用于FPGA的灵活地功率优化模式。注意的是，所采用的FPGA可能工作在1.5或1.2V核心电压，所以一定要计算所使用的正确电压的功耗。

另外两个跳线在3.3V整流器电源电压下对电流进行测量。

FPGA上的每个I/O库可以工作在不同的电压下，使得电流的测量是彼此独立地。

为了协助这些测量，系统在任何特定时间所操作的功能都通过LED进行通讯。它还显示了所操作的电压和模式。

除在板级测量功耗外，在器件级通过软件分析工具测量功耗的能力也是非常重要的。大多数厂商使用功率计算器进行分析。在这里，寄存器的数量和时钟频率的大小可以用于提供功耗的值。

采用IP进行更方便、准确的测量，涉及到综合设计，然后通过智能功率分析工具进行测试。这些工具审查每个器件结构特性、每个电源和每个I/O库的功耗使用情况。由于功耗分析工具精度的提高以及设计师学会信任这些结果，还可以进一步缩短设计周期时间。

多种存储器开发平台评估了每个存储器接口的功耗使用情况，并对睡眠模式(图3)进行了示范。当一个器件进入睡眠模式，如FlashFreeze，该系统需要进行测试以确保对唤醒接口命令进行正确定时。这将确保在需要时该接口完全启动和运行。



对基于Flash的FPGA，FlashFreeze技术允许FPGA时刻准备应对需要，并且存储器和寄存器的内容不变。如果你使用SRAM FPGA，必须给出足够的时间(大约150ms)，以便使FPGA能够唤醒，并重新配置。如此巨大的时间延迟在某些应用中可能成为一个限制因素，并应作为该系统概念证明的一部分来进行测试。

由于FPGA技术愈来愈成熟，FPGA解决方案最终可以满足便携式设备所需的低功耗要求。此外，由于内在的可编程解决方案，其还可以提供便携式设计师所要求的更大灵活性，从而适应今天手持设备市场不断发展的几乎数以百计的处理器和存储器接口的组合应用。

综合开发平台和软件分析工具相结合方便了每个开发阶段的功率测量，基于Flash的FPGA在便携式产品中提供了延长电池寿命的手段。采用FPGA产品，设计师可以显着降低其产品的上市时间和开发成本，与此同时，继续满足当今消费者的多样化需求。