摘要：FPGA的IO可編程，這給邏輯設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)帶來一定的靈活性和獨(dú)立性,。在編程器的硬件實(shí)現(xiàn)中,，F(xiàn)PGA就是充當(dāng)一個(gè)“千手觀音”的角色，為邏輯設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)鋪路架橋,，靈活實(shí)現(xiàn)各種功能,。
FPGA是一種“半定制”的芯片，其中一個(gè)特性就是IO口可編程,，這個(gè)特性對(duì)編程器能與各類封裝芯片互連有很大幫助作用,。
MCU的管腳功能都是固定的，與外部接口通常使用IO口或者總線連接,。普通IO口其實(shí)本質(zhì)就是寄存器,，這些寄存器都有一個(gè)相應(yīng)的地址，操作IO口就是操作寄存器,；片內(nèi)外設(shè)相對(duì)來說,，是一個(gè)具有特定功能模塊，其內(nèi)部包含多個(gè)寄存器控制不同的功能執(zhí)行,，但是這些寄存器也有固定的地址,。通過存儲(chǔ)器映射的方式，把片內(nèi)外設(shè)和CPU連接起來,，組成一個(gè)系統(tǒng),。
值得注意的是,，這些片內(nèi)外設(shè)對(duì)外接口都是連接固定的管腳,，如果要對(duì)這些外設(shè)控制完成特定的功能設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)上已經(jīng)隱含了對(duì)這些管腳控制了,。比如說,，MUC的IIC接口的SCK和SDA分配在99和100腳，那么所有IIC接口的存儲(chǔ)芯片都必須與這兩個(gè)腳連接,，如圖1所示,。
圖1 請(qǐng)排好隊(duì)列
各類需要編程的芯片如果要與MCU連接，就必須與之對(duì)應(yīng)的接口連接，對(duì)于復(fù)雜腳多的芯片,，這對(duì)PCB的布局布線有很大的局限性和挑戰(zhàn)性,。
FPGA就以靈活性見長，可編程IO就是其中的一個(gè)重要功能,?？删幊蘄O給PCB的設(shè)計(jì)帶來靈活性，可以簡(jiǎn)化PCB的布局布線,，并且在設(shè)計(jì)的過程中,，還可以根據(jù)走線的走向更改管腳的連接。另外,，在FPGA內(nèi)部邏輯設(shè)計(jì)過程中,，可以先把功能模塊設(shè)計(jì)與管腳分配兩步獨(dú)立開來，先完成內(nèi)部邏輯功能之后,，再根據(jù)實(shí)際情況分配管腳,。因此，可編程IO給FPGA邏輯設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)帶來一定的靈活性和獨(dú)立性,，其在這個(gè)環(huán)節(jié)中充當(dāng)一個(gè)“千手觀音”的角色,，為邏輯設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)鋪路架橋，如圖2所示,。
圖2 可編程IO示意圖
實(shí)際FPGA內(nèi)部并不像圖2那么簡(jiǎn)單,，這里只是為了形象說明可編程IO可以使內(nèi)部邏輯和PCB可以相對(duì)獨(dú)立設(shè)計(jì)。對(duì)于同類接口,，不必因?yàn)镻CB改變而更改時(shí)序邏輯,，只需要更改引腳分配，大大簡(jiǎn)化了PCB的布線難度,。
FPGA被稱為“千手觀音”僅僅是數(shù)量多,、動(dòng)作靈活嗎？他還有更強(qiáng)大的功能,，就是內(nèi)部邏輯可編程,。
在最初的電路設(shè)計(jì)當(dāng)中，F(xiàn)PGA并沒有實(shí)際的電路,，只有完成了設(shè)計(jì)之后才有某種特定的功能電路,。這種結(jié)構(gòu)含有以下特性：
1、在理想情況下,，可以實(shí)現(xiàn)多種接口,；
2、可以實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)序,，兼容更多芯片,；
3,、資源可重復(fù)利用，在某時(shí)間段,，只需要一個(gè)接口邏輯,，節(jié)省FPGA資源和配置器件的存儲(chǔ)空間。
相對(duì)地,，如果用MCU來實(shí)現(xiàn),，則有以下缺點(diǎn)：
1、 如果MCU沒有相應(yīng)的接口,，將難以實(shí)現(xiàn)與含有該接口的存儲(chǔ)芯片通信（可能會(huì)用IO模擬）,；
2、 即使接口相同,，由于功能基本固定,，面對(duì)一些特殊的芯片，將力不從心,；
3,、 由于輸出口線的固定，導(dǎo)致與外部接口的PCB布線無法實(shí)現(xiàn),；
被編程的芯片接口種類較多,，比如IIC和SPI，如果要MCU同時(shí)具備這些接口,，口線必定復(fù)雜而且速度有限,。FPGA無需考慮這個(gè)問題，由于其內(nèi)部邏輯可由設(shè)計(jì)者來設(shè)計(jì),，那么編程器可根據(jù)接口需要來定制對(duì)應(yīng)的邏輯,，省時(shí)省力，效率非常高,。
在設(shè)計(jì)過程中靈活使用FPGA這個(gè)“千手觀音”,，讓編程器功能更靈活、更高效,。