FPGA集成ARM核解決白家電需求

摘要：  如何體現(xiàn)產(chǎn)品特色與性能，同時又能降低產(chǎn)品研發(fā)成本與周期，是每一個廠商不得不考慮的事。

關(guān)鍵字：  家電產(chǎn)品，MCU，處理器，分立元件

如今家電應(yīng)用朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，其特點(diǎn)是為滿足消費(fèi)者不斷增長的需求。廠商在制造家用電器時越來越多地采用了半導(dǎo)體技術(shù)，例如冰箱、微波爐、洗衣機(jī)、空調(diào)以及廚房電器等產(chǎn)品。

分立元件影響家電整體性能

現(xiàn)在的家電產(chǎn)品不僅擁有漂亮的外觀，而且節(jié)能環(huán)保，有的還可以聯(lián)網(wǎng)，具有自我監(jiān)控功能。這些功能一般需要采用微控制器單元(MCU)來實(shí)現(xiàn)。一臺家電中要多個MCU來實(shí)現(xiàn)高度集成的設(shè)計，同時需要足夠大的真彩顯示系統(tǒng)與完善的媒體接口：以太網(wǎng)、無線模塊以及其他先進(jìn)的接口模式。當(dāng)前的家用電器應(yīng)用方案普遍采用的是分立的子系統(tǒng)，即處理器與各單元模塊分離，設(shè)計者需要采用不同的設(shè)計資源去實(shí)現(xiàn)。這樣對有著先進(jìn)人機(jī)界面、網(wǎng)絡(luò)處理與智能化應(yīng)用的高端產(chǎn)品增加了設(shè)計的麻煩。而且，廠商無法找到一款處理器是完全滿足其產(chǎn)品特點(diǎn)的，后果就是在一些產(chǎn)品設(shè)計上不得不采取妥協(xié)措施。

而且，采用分立元件進(jìn)行設(shè)計對物料管理、庫存都有影響。例如，如今的高端洗衣機(jī)普遍帶有觸摸屏功能的人機(jī)接口界面，而且大都具有智能洗衣控制程序，客戶通過網(wǎng)絡(luò)即可對洗衣機(jī)遠(yuǎn)程控制，這對于廠商來說，設(shè)計難題就表現(xiàn)在智能運(yùn)動控制、LCD顯示控制、網(wǎng)絡(luò)接口等不同方面。

家電產(chǎn)品日益向著高度復(fù)雜的應(yīng)用方向與高設(shè)計難度發(fā)展。

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CAP集成硬核處理器解難題

如何體現(xiàn)產(chǎn)品特色與性能，同時又能降低產(chǎn)品研發(fā)成本與周期，是每一個廠商不得不考慮的事。分立器件不能完全覆蓋設(shè)計，而專用ASIC又不能靈活適配設(shè)計需求，京微雅格公司的可配置應(yīng)用平臺(CAP，Configurable application platform)系統(tǒng)是一個選擇，暨單片化的系統(tǒng)應(yīng)用方案，可提高客戶的研發(fā)易用性。

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京微雅格成立伊始就提出了CAP概念，即在FPGA中集成了增強(qiáng)型8051硬核。一直以來在FPGA中嵌入處理器就是各個廠商的難題，其他的供應(yīng)商是集成了軟核的RISC處理器，雖然靈活但是需要工程師利用EDA工具架構(gòu)處理器核與軟件系統(tǒng)的集成，這為軟件工程師與硬件設(shè)計者帶來困惑。因?yàn)橐浦睴S與FPGA設(shè)計是不同的設(shè)計方式，處理器與FPGA結(jié)合往往影響產(chǎn)品的使用。但是，硬核的處理器可以使軟硬件有機(jī)無縫結(jié)合起來，而且CAP具有可編程特性，可使處理器與外設(shè)的結(jié)合簡單容易。

為了滿足客戶多樣化設(shè)計需求，京微雅格又適時推出了集成硬核處理器的CME-M7A(寶山)系列器件，在這個系列中ARM核被集成到海量FPGA資源中，特別適合有控制需求的系統(tǒng)應(yīng)用。

基于一顆M7A芯片，京微雅格推出高端網(wǎng)絡(luò)洗衣機(jī)應(yīng)用方案，實(shí)現(xiàn)了下一代白色家電-網(wǎng)絡(luò)洗衣機(jī)的全部功能。在這個設(shè)計中，F(xiàn)PGA作為主處理芯片實(shí)現(xiàn)通信接口、LCD顯示驅(qū)動、傳感器信號轉(zhuǎn)換、電機(jī)控制及洗衣機(jī)控制時序產(chǎn)生。一是利用FPGA的以太網(wǎng)10兆/100兆/1000兆MAC實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口，為洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程洗衣程序控制，同時亦可實(shí)現(xiàn)無線、串口等通信方式。

二是利用FPGA自帶AD( Dual 12 bit 1MSPS ADC)，實(shí)現(xiàn)各種傳感器的信號轉(zhuǎn)換，如水液面、溫度、轉(zhuǎn)速、蜂鳴器等控制。

三是FPGA實(shí)現(xiàn)BLDC的電機(jī)控制，用內(nèi)嵌的硬核ARM實(shí)現(xiàn)控制算法，高速12位A/D轉(zhuǎn)換器分別檢測三相繞組的反電動勢和外部電位器設(shè)定電壓，電位器設(shè)定電壓用于確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速。此外一個重要的模塊是三相PWM波形發(fā)生模塊，通過可編程計數(shù)器實(shí)現(xiàn)。

四是FPGA提供人機(jī)界面的接口電路，根據(jù)客戶對不同顯示分辨率的需求，提供不同尺寸屏幕的驅(qū)動程序，FPGA可實(shí)現(xiàn)LCD屏幕的TCON部分的原理實(shí)現(xiàn)，亦可經(jīng)過串口對具有觸摸效果的屏幕進(jìn)行顯示控制。

圖為下一代洗衣機(jī)M7A方案系統(tǒng)圖

洗衣機(jī)M7A方案系統(tǒng)圖 src="/News/UploadFile/2008/2013618153652330.jpg" width=496 height=287>