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當(dāng)前的半導(dǎo)體芯片短缺阻礙了電子產(chǎn)品行業(yè)的制造生產(chǎn)線,嚴(yán)重擾亂了當(dāng)今的市場。這從可用產(chǎn)品的有限供應(yīng)中可見一斑。例如,汽車產(chǎn)量從2020年到2021年有所下降,智能手機等消費產(chǎn)品也有所下降。新產(chǎn)品的發(fā)布也被推遲,因為制造商想出新的供應(yīng)鏈和供應(yīng)商來幫助他們克服這些供應(yīng)障礙。目前的觀點是,半導(dǎo)體短缺將持續(xù)到2022年甚至更長。
單片機是對供應(yīng)鏈和制造業(yè)造成重大影響的設(shè)備缺乏之一。單片機是一種設(shè)計用于執(zhí)行操作的緊湊型集成電路,類似于微處理器,通常用于嵌入式系統(tǒng)。您可以想象這些設(shè)備遍布您的汽車,從動力引擎到信息娛樂(無線電)控制,有助于汽車的安全、控制和娛樂部分。沒有這些單片機,汽車的生產(chǎn)和供應(yīng)就會減少。因此,單片機替代方案有哪些選擇?
由于單片機本質(zhì)上是執(zhí)行邏輯命令來執(zhí)行操作,因此單片機的替代品是現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。FPGA是由可配置邏輯塊矩陣組成的集成電路。因此,通過配置FPGA,您基本上可以執(zhí)行與單片機相同的操作。在考慮用FPGA代替單片機時,需要考慮三種技術(shù):
通過在可配置邏輯塊中對組合邏輯或狀態(tài)機進(jìn)行編程,F(xiàn)PGA可以取代單片機的簡單操作。
FPGA可以使用可配置邏輯塊中的“軟核”單片機進(jìn)行編程,以運行在當(dāng)前單片機上運行的相同軟件。換句話說,不需要對軟件進(jìn)行任何更改。
FPGA可以與永久固定在器件芯片中的“硬核”單片機一起購買。這可以運行在當(dāng)前單片機上運行的相同軟件,僅比軟核解決方案快。
與單片機相比,使用FPGA具有固有的優(yōu)勢。對于嵌入式設(shè)計工程師來說,這些優(yōu)勢有助于實現(xiàn)成本和性能目標(biāo)。首先是FPGA可以提供的可編程IO的靈活性。雖然單片機具有固定且有限的IO,但FPGA可以針對各種IO接口標(biāo)準(zhǔn)(I2C、I2S、RGB、MIPI等)進(jìn)行編程,從而充當(dāng)橋接器、IO擴展器或信號聚合器。接下來,單片機通過串行功能中的軟件執(zhí)行其操作。操作的速度由代碼長度和系統(tǒng)時鐘控制。
另一方面,F(xiàn)PGA中的操作是在硅可配置邏輯塊中,它比代碼行執(zhí)行速度更快。您還可以在可配置邏輯塊中創(chuàng)建單獨的電路以并行運行操作。單片機無法做到這種并行性。最后,單片機在等待狀態(tài)下會消耗有功功率;它總是需要在等待中斷時運行代碼。另一方面,F(xiàn)PGA在其始終在線等待狀態(tài)下僅消耗泄漏功率,這使其成為比單片機更好的低功率應(yīng)用解決方案。
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