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這一變化意味著嵌入式軟體發展人員是當今電子產品功能和特性定義的主要驅動因素,並最終將生產硬體。 這種方法的成功因素在於降低硬體複雜性,以及將設計的控制元件轉換為可程式設計現場所帶來的開放靈活性。
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儘管它有可能徹底改變電子產品開發過程,但大多數嵌入式軟體發展人員仍然像以前一樣在設計過程開始時選擇離散硬體處理器,創建物理平臺,然後使用該平臺編寫軟件。 人們在嵌入式系統開發的“軟”和硬體領域缺乏探索,主要是因為缺乏C程式師在可程式設計硬體級別使用技能的工具。 事實上,當前大多數FPGA設計流程主要來自晶片設計領域,需要非常專業的技能。
將軟設計提升到新的水准
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當FPGA的可程式設計特性用於在處理器頂部獲得抽象層時,它為嵌入式開發人員提供了無限的可能性,不僅可以在軟件上實現抽象層設計,還可以在硬體上實現抽象層設計。 設想一個系統,其中處理器通過可配置硬體(本質上是一個硬體包)連接到其記憶體和周邊設備-這抽象了處理器的介面。 只需對FPGA重新程式設計即可更改硬體包,系統設計者可以輕鬆更改處理器覈心,甚至在硬處理器和軟處理器之間切換,而無需修改其他系統硬體。 從系統的角度來看,所有處理器都是相似的,這簡化了硬體設計過程。 當然,將其擴展到應用軟體領域還需要一個能够在處理器之間提供C級相容性的編譯器。
該系統的優點是無需“提前”選擇處理器。 該系統可以使用特定的處理器進行開發,但開發階段發現,需要更高的效能,並使用更快的設備。 由於包裝層的原因,處理器可以是軟的、硬的,甚至是FPGA內部的硬體處理器覈心,而不會影響周圍的硬體,因為轉換層只創建用於連接周邊設備的標準介面。 事實上,周邊設備本身的連接可以用同樣的管道抽象。 在該方案中,FPGA為嵌入式系統的所有組件提供了通用的連接,並有效地成為系統互連結構。 換句話說,它有效地成為標準介面的“主幹”,硬體和軟件都可以輕鬆地與處理器和周邊設備通信。
最後,在處理器上引入透明包裝器將創建一個基於FPGA的開發環境,提供真正的處理器獨立性。 軟件和硬體開發的速度提高了,處理器的選擇可以在設計過程的後期進行,有效的軟件/硬體協同設計成為可能。
在軟件和硬體之間轉換
在可配置硬體中創建處理器和週邊包裝層的想法的擴展是自動生成特定於應用程序的系統硬體,並在硬體中執行軟件算灋,這是一種“自己的”硬體輔助處理器。
從C程式碼直接生成硬體的想法並不新鮮。 已經實施了幾個系統。 現時的想法是通過類C語言創建一個完整的系統硬體。 本質上,這與使用HDL(如VHDL語言或V呃ilog)設計FPGA沒有什麼不同,這要求軟體發展人員學習並採用新的設計方法。 對於嵌入式開發人員來說,真正有效的是使流程透明。 設計工具必須能够處理標準ANSI標準 C程式碼的輸入,並將程式師選擇的功能轉換為硬體。 不僅如此,系統還必須能够生成使用生成的硬體所需的所有程式碼。 通過這種管道,嵌入式程式師將專用算灋從處理器轉移到專用硬體,而不知道底層硬體的任何設計細節。
充分發揮FPGA的潜力
顯然,從工具的角度來看,充分利用可程式設計器件(如FPGA)提供的機會需要一個提高開發過程抽象級別的系統,以便通過類似的設計科技和過程輕鬆更改設計的覈心元素。 這樣一個系統必須能够統一整個電子產品開發過程,並在單一、一致的環境中集成硬體、軟件和可程式設計硬體的開發。
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除了具有快速產品開發的潜力外,海拔高度 設計師的集成特性還為嵌入式開發人員帶來了新的設計和功能可能性。 海拔高度還開發了一種新的集成硬體/軟件編譯器科技,該科技不久將得到海拔高度 設計師的支持。 該科技同時從標準C程式碼生成高度優化的可執行程式碼和並行硬體FPGA實現,並生成運行時將兩者連結在一起所需的程式碼。 實際上,這意味著開發人員可以指定從處理器卸載到硬體的C程式碼功能,海拔高度 設計師的集成軟件/硬體環境使該過程快速透明(圖2)。
圖2:。 借助先進的軟體工具,嵌入式開發人員可以在成為硬體工程師後影響、修改和調試底層系統硬體。
此類系統為嵌入式開發人員提供了選擇系統核取方塊的選項,以便在將專用軟體功能轉移到硬體時獲得最終效能和成本改進的潜力。 這使開發人員能够在硬體和軟件之間有效地傳遞功能,並繼續在優化的應用程序解決方案上進行集成。 值得注意的一個有趣現象是,使用海拔高度 設計師的此功能和其他高級功能(如嵌入式包覈心和基於庫的預同步軟件組件)的軟體發展人員可以有效地使用FPGA機制內的硬體。 簡而言之,使用該系統的軟體工程師可以利用他們現有的技能輕鬆使用FPGA硬體,而不涉及目標設備的底層結構或RTL公司程式設計(圖3)。
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海拔高度 Designer的整合式開發環境和低成本大規模FPGA的結合,使嵌入式開發人員能够充分利用可程式設計設備的潜力。 在使用正確的開發環境後,當前FPGA帶來的巨大可重構設計空間使一種新的嵌入式設計方法成為可能,設計師可以像幾十年前一樣,為電子產品的開發帶來革命性的創新。 處理器的引入徹底改變了電子行業。