降低工業(yè)應(yīng)用的總體擁有成本

　　對(duì)于硬件設(shè)計(jì)人員，具有嵌入式處理器的FPGA器件的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。很多操作系統(tǒng)公司提供全面支持，對(duì)功能進(jìn)行改進(jìn)，因此，很多軟件工程師開始采用基于FPGA的系統(tǒng)，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，延長產(chǎn)品生命周期。硬件和軟件工程師需要進(jìn)行一定的投入來學(xué)習(xí)C程序軟件編程和FPGA設(shè)計(jì)的VHDL編程。但是，一旦設(shè)計(jì)人員決定采用FPGA設(shè)計(jì)方法，F(xiàn)PGA比僅采用MCU和DSP器件的解決方案性價(jià)比更高，更靈活。

　　對(duì)多個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改

　　以本文使用驅(qū)動(dòng)為例，如果從這一基本平臺(tái)開發(fā)的y產(chǎn)品具有不同的特性，那么，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須首先在每塊電路板的x器件上實(shí)現(xiàn)其硬件和軟件，花費(fèi)t時(shí)間，然后，對(duì)這些產(chǎn)品例化硬件和軟件y次，花費(fèi)t2時(shí)間來完成多個(gè)產(chǎn)品。這帶來的成本因素是((x × t) × (y × t2))。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)知道這一方法并不簡單，產(chǎn)品無法迅速面市，不能降低包括開發(fā)、改進(jìn)、支持、維護(hù)和替換成本等在內(nèi)的產(chǎn)品生命周期成本。

　　為簡化這一過程，設(shè)計(jì)人員可以利用Cyclone系列體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)支持多條產(chǎn)品線(SKU)和多種功能的通用硬件平臺(tái)(如圖3)。在最初設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，對(duì)于每一后續(xù)產(chǎn)品，基于FPGA的產(chǎn)品支持工程師重新配置Cyclone系列FPGA，不需要重制PCB(印制板)，節(jié)省了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)數(shù)月的工程工作時(shí)間。

　　考慮驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)商提供支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的產(chǎn)品這一實(shí)例，例如EtherCAT、PROFINET (RT/IRT)和Modbus/TCP等。MCU/DSP解決方案不僅需要額外的器件來支持通信通道，而且還需要三塊電路板。對(duì)于設(shè)計(jì)人員，開發(fā)或者許可協(xié)議專用MAC IP (如果需要)和協(xié)議專用堆棧，三塊電路板的成本會(huì)高達(dá)$300K (每塊電路板$100K)，而且還要考慮相應(yīng)的軟件開發(fā)成本。

　　但是，設(shè)計(jì)人員可以使用Cyclone或者M(jìn)AX 10 FPGA，在相同的FPGA上集成驅(qū)動(dòng)控制和工業(yè)以太網(wǎng)，使用相同的硬件平臺(tái)支持多條產(chǎn)品線(SKU)和所需要的功能。在前面提到的實(shí)例中，不需要開發(fā)三塊電路板(每一IE協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)一塊)，供應(yīng)商在產(chǎn)品中使用很少的元器件和PCB，節(jié)省了$150K到$200K的MCU/DSP開發(fā)成本，顯著降低了BOM成本。由于減少了PCB電路板設(shè)計(jì)，生產(chǎn)商也簡化了與產(chǎn)品存儲(chǔ)和運(yùn)輸相關(guān)的物流過程?？紤]到所有開發(fā)資源和時(shí)間因素后，F(xiàn)PGA設(shè)計(jì)方法有助于工程師克服((x × t) × (y × t2))成本問題。

　　當(dāng)設(shè)計(jì)發(fā)揮了FPGA器件的最大能力后，設(shè)計(jì)人員可以將設(shè)計(jì)移植到高密度器件或者重新編譯設(shè)計(jì)，迅速采用其他的Altera FPGA。從另一角度看，這還是一種快速更新方法，使設(shè)計(jì)人員能夠集成功能，在電路板上減少甚至不采用MCU、DSP和其他元器件。

　　發(fā)揮較長生命周期的優(yōu)勢(shì)

　　產(chǎn)品可靠性有利于降低長期TCO。而且，與Altera FPGA相比，很多MCU和DSP器件的生命周期要短得多，通常在5到7年范圍內(nèi)，這是因?yàn)樗鼈兊墓?yīng)商會(huì)比Altera更快停止供應(yīng)成熟器件，如圖4所示。Altera的策略是支持較長的產(chǎn)品生命周期，一般能夠達(dá)到15年。

　　處理器的支持

　　對(duì)于出于性能原因而需要外部主機(jī)處理器的應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員可以采用主流體系結(jié)構(gòu)，例如，Intel^® ATOM™處理器和其他基于PCI Express^® (PCIe^®)的處理器。設(shè)計(jì)人員可以利用這類處理器體系結(jié)構(gòu)強(qiáng)大的軟件回顯系統(tǒng)。他們還可以使用這些處理器提供的高速PCIe接口，與I/O輔助芯片進(jìn)行通信，集成外設(shè)和I/O陣列，支持各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議、SATA和其他IP。圖5所示為靈活的Altera FPGA I/O輔助芯片體系結(jié)構(gòu)。