PCB技術 - 組み込み開発者がFPGAを使用する理由

野原にて, 唯一の定数が変化であるならば, then there is no need to review the development and changes of electronic technology and デザイン 変更を有効にする方法 デザイン 次世代の革新的製品を創るエンジニア. マイクロプロセッサの大規模適用後, 新しい低価格で高品質の技術は デザイン 革新的ソフトウェアベース電子製品の. これは良い例です. 要するに, の主要素を転送した後 デザインここでは、制御領域の“知性”-ソフトドメイン, デザイン 技術者はよりよく創造できる, スマート, そして、より短い期間の安い製品.

この変更は、埋め込まれたソフトウェア開発者は、電子製品の機能と特性の今日の定義の主なドライバであり、最終的にハードウェアを生成することを意味します。この方法の成功要因は，ハードウェア複雑性の低減と，設計の制御要素のプログラム可能なフィールドへの変換によってもたらされる開放柔軟性である。

今日, 大容量の到着, 低コストプログラマブルデバイスは電子製品の開発に同じ希望をもたらした デザイン, ソフト・フィールドにシステム・ハードウェア自体を定義することが可能になったので. 大容量などの大規模な装置 FPGAsは、この需要を満たすために理想的です. これらの期間は一般にシステム周辺論理関数ブロックの大部分を構成するために使用することができる, バスインターフェースを含む, 私/ブロック, メモリさえ. 大量のロジックの導入 FPGA フィールドは、ハードウェア開発に重大な影響を与え、'ソフト'の新しい時代への扉を開く デザイン, これは、前例のない柔軟性を提供します デザイン また、ボードのサイズと複雑さを減らすために無制限の可能性があります .

それは電子製品の開発プロセスに革命をもたらす可能性がありますが、ほとんどの組み込みソフトウェア開発者はまだ設計プロセスの開始時に個別のハードウェアプロセッサを選択する前に動作し、物理的なプラットフォームを作成し、ソフトウェアをプラットフォームを使用して書き込みます。埋め込まれたシステム開発の「ソフト」とハードウエア分野での探査の人々の不足は、プログラマブルハードウェアレベルで彼らの技術を使用するCプログラマのためのツールの欠如の主な原因です。確かに、現在のFPGA設計フローの大部分は、チップ設計の分野から主に来て、非常に専門的な技術を必要とします。

次のレベルにソフトデザインを取る

To go beyond FPGA 接着剤論理アプリケーションはより広い視野を必要とする, プログラマブルデバイスをフルに活用し、できるだけ多くのハードウェアをソフトドメインに導入する. This includes the introduction of プロセスor functions themselves. 今日, ソフトプロセッサ FPGAsはますます埋め込まれたプラットホームに変えられています. 基本的に言えば, ソフトプロセッサへの切り替え FPGA 構造的柔軟性の利点をもたらす, 小さい板サイズ, より簡単. より深いアプリケーションはより魅力的な利点をもたらす.

FPGAのプログラマブル機能を使用して、プロセッサの上部にある抽象化層を取得する場合、ソフトウェアの抽象レベル設計を実現するだけでなく、ハードウェアにおいても、組み込みの開発者にとって無限の可能性が開きます。プロセッサが設定可能なハードウェア（基本的にハードウェアパッケージ）を介してメモリと周辺機器に接続されているシステムを想像してください。単にFPGAを再プログラミングすることはハードウェアパッケージを変更します、そして、システムデザイナーは簡単にプロセッサコアを変えることができるか、他のシステムハードウェアを変更することなく、ハードとソフトプロセッサーの間で変わることさえできます。システムの観点から、すべてのプロセッサは類似しています。そして、それはハードウェア設計プロセスを単純化します。もちろん、アプリケーションソフトウェアの分野にこれを拡張することは、プロセッサ間のCレベル互換性を提供できるコンパイラを必要とする。

このシステムの利点は、予め「プロセッサ」を選択する必要がないことである。システムは特定のプロセッサを使用して開発することができるが、開発段階は、より高い性能が必要であり、より高速なデバイスが使用されていることを見出した。ラッピング層のために、プロセッサは、周囲のハードウェアに影響を及ぼすことなく、FPGA内部のソフト、ハード、あるいはハードウェアプロセッサコアであり得る。なぜなら、変換層は周辺機器を接続するための標準インターフェースしか作成しないからである。実際、周辺装置自体の接続は、同様に抽象化されることができる。このスキームでは、FPGAは、埋め込まれたシステムのすべてのコンポーネントのユニバーサル接続を提供し、効果的にシステムの相互接続構造となる。言い換えると、それは効果的に標準インターフェースの「バックボーン」になります、そして、ハードウェアとソフトウェアは簡単にプロセッサーと周辺機器と通信することができます。

最後に、プロセッサ上の透過ラッパーの導入は、真のプロセッサの独立性を提供するFPGAベースの開発環境を作成します。ソフトウェアの高速化とハードウェアの発展が進み，設計プロセスの後期段階でプロセッサの選択ができ，効果的なソフトウェア／ハードウェアの共設計が可能となる。

ソフトウェアとハードウェア

構成可能なハードウェアでプロセッサと周辺ラッパー層を作成するというアイデアの拡張は、アプリケーション固有のシステムハードウェアを自動的に生成し、ハードウェアの一種であり、ハードウェアの一種である。

Cコードからハードウェアを直接生成するという考えは、新しいものではありません。いくつかのシステムが実装されている。今までの考えは、C言語のような言語で完全なシステムハードウェアを作ることです。本質的には、これはHDL（VHDLやVerilogなど）を使ってFPGAを設計することとは異なりません。新しい開発方法を学び、採用するソフトウェア開発者を必要とします。本当に埋め込まれた開発者のために働くものは、プロセスを透明にすることです。設計ツールは、標準ANSI Cコードの入力を処理し、プログラマによって選択された関数をハードウェアに変換することができなければなりません。それだけでなく、システムは生成されたハードウェアを使用するのに必要なすべてのコードを生成することができなければなりません。このように、埋め込まれたプログラマーは、下にあるハードウェアのいかなる設計詳細も知らずにプロセッサから専用ハードウェアまで専用のアルゴリズムをoffloadする。

FPGAの完全な可能性を使用する

明らかに、ツールの観点から、プログラマブルデバイス（FPGAなどの）によって提示された機会を最大限に活用することは、開発プロセスの抽象化レベルを改善するシステムを必要とし、その結果、設計のコア要素は、同様の設計技法およびプロセスを通して容易に変更される。そのようなシステムは、電子製品開発プロセス全体を統一し、単一の一貫した環境でハードウェア、ソフトウェア、およびプログラマブルハードウェアの開発を統合することができなければならない。

図1. 十分に利用する FPGA潜在的な手段はすべての要素をもたらす デザイン (including ハードware and ソフトウェア) to the reprogrammable field.

Altium Designerのシンプルな紹介, high-level プロセスor to achieve this goal, ミーティングソフトウェア, FPGA and PCB 要件, and an integrated product development environment that integrates all required プロセスes in a single application (Figure 1). ハードウェアとソフトウェア開発はプラットホームレベルで統一される, ソフトウェアの高速化/ハードウェアCoデザイン 可能. With FPGAベースプロセッサとプロセッサラップコア, デザインは、Altium Designerやサポートされているサードパーティプロセッサを対象とすることができます, のすべての機能を保持しながら デザイン, 簡単な接続を含む FPGA 周辺機器. Altium Designerのバイパーベースのコンパイラは、システムによってサポートされているすべてのプロセッサアーキテクチャの中で、Cレベルのコード互換性を保証します.

迅速な製品開発の可能性に加えて、Altium Designerの統合された性質はまた、組み込みの開発者のための新しいデザインと機能の可能性をもたらします。Altiumはまた、Altium Designerがすぐにサポートする新しいハードウェア/ソフトウェアコンパイラ技術を開発しました。この技術は、標準的なCコードから同時に最適化された実行可能コードと並行したハードウェアFPGA実装を生成し、実行時に2つを同時にリンクするために必要なコードを生成する。実際には、これは、開発者は、プロセッサからハードウェアにハードウェアをロードされるCコード機能を指定することができ、Altium Designerの統合されたソフトウェア/ハードウェア環境がプロセスを高速かつ透明にする（図2）。

図2。先進的なソフトウェアツールでは、組み込みの開発者は、ハードウェアエンジニアになると、システムのハードウェアに影響を与えることができます。

この種のシステムは、ハードウェアに専用のソフトウェア機能を転送する際の最終的なパフォーマンスおよびコスト改良のためのポテンシャルを得るためにシステムチェックボックスを選ぶオプションを有する組み込み開発者を提供する。これにより、開発者は効果的にハードウェアとソフトウェアの間の機能を転送することができますし、最適化されたアプリケーションソリューションに統合し続けます。注目すべき興味深い現象は、Altium Designerや他の高レベルの機能（埋め込みパッケージコアやライブラリベースのプリシンクロナスソフトウェアコンポーネントなど）のこの機能を使用するソフトウェア開発者が、FPGAメカニズム内のハードウェアを有効に使用することです。要するに、このシステムを使用しているソフトウェアエンジニアは、目標デバイスまたはRTLプログラミング（図3）の基礎的な構造を含むことなく、FPGAハードウェアを容易に使用するためにそれらの既存のスキルを使用できる。

図3, の統合 デザイン ハードウェアを含む流れ, プログラマブルハードウェア, とソフトウェア FPGA 完全埋込みシステムの利用と作成, そして、これは一般的な技術.

Altium Designerの統合開発環境と低コスト大規模FPGAの組み合わせは、プログラマブルデバイスの潜在能力を完全に利用することができる。正しい開発環境を使用した後に、現在のFPGAによってもたらされた大きな再構成可能な設計スペースは、可能な新しい埋め込まれた設計方法を可能にします、そして、数十年前と同じように、デザイナーは革命的な革新を電子製品の開発にもたらすことができます。プロセッサの導入はエレクトロニクス産業に革命をもたらした。