FPGA节能与可编程特性助力可穿戴设备更具竞争力

　　电子产业几个众所周知的趋势包括：所有产品的生命周期都在变短;消费类电子产品制造商可以利用的盈利窗口不断缩小;新产品的开发速度已成为必须考虑的关键因素。过去数年，FPGA帮助厂商在标准形成之前灵活地实现各种系统功能，因此在一些新兴市场的发展中扮演了相当关键的角色。如今，可穿戴产品市场正在爆发式增长前期，FPGA厂商相信，凭借小型化、低成本、低功耗、可编程特性，未来在可穿戴市场也将发挥同样重要的作用。

　　是时候尝试使用FPGA了

　　莱迪思半导体消费电子产品客户经理Mauri Delostrinos分析表示，消费类电子产品制造商早期的产品采取基于1个处理器和1个ASSP的架构。相对于成本敏感的市场来说，这是一个有效的方法。然而，在进行快速开发和实现产品差异化时却有两个关键的问题需要解决。

　　首先，基于早期的市场决策，需要大量的精力去开发ASIC或基于ASSP的解决方案，而在顺应市场提升竞争力和消费者影响力时，需要付出高昂的成本和时间代价。其次，在处理不同的I/O、存储器类型、显示屏和传感器接口时，往往处理器本身就具有许多限制。因此，如果某个设计需要添加一个不同类型的传感器，制造商要么选择更换处理器，要么重新开发ASIC来实现某种桥接解决方案。

　　“上述问题主要集中于开发速度以及灵活性，因此现在制造商们越来越多地选择在移动设计中采用FPGA作为辅助芯片。”Delostrinos表示，“过去的FPGA在移动消费类应用看来往往尺寸太大、成本高昂、功耗过高。不过，低密度器件的出现彻底颠覆了先前的认识——尺寸小至1.4×1.48mm、功耗低至21μW、成本只需50美分。举个例子，Chipworks在拆解三星的Galaxy S5时发现了莱迪思的FPGA。”

　　在这种背景下，FPGA成为了MIPI显示屏应用的首选。消费电子市场的绝大多数图像传感器都使用MIPI CSI2接口。通常情况下，智能手机中使用的ASSP并不具备CSI2接口，特别是可穿戴电子设备中的ASSP也是如此。FPGA可用来实现桥接功能，将CSI2接口桥接至并行CMOS接口，使得制造商可以方便地改换显示屏类型，拥有更多的供应商选择。

　　使用尺寸极小、密度很低的FPGA究竟可以获得怎样的结果，这似乎让人感到疑惑。事实上，诸如莱迪思最新发布的iCE40 Ultra FPGA器件可以成功实现许多功能，如IR Tx/Rx控制、条码仿真、计步器、活动监测、传感器预处理和LED控制等等。iCE40 Ultra系列中的器件集成大电流LED驱动器、乘法器和累加器来优化客制化功能的实现、诸如SPI和I2C的标准串行接口以及大量IP硬核。与ASSP相似的集成降低了系统功耗并加速设计实现，因此设计人员可以花更多的时间在客制化功能的开发上。

　　可穿戴显示屏的桥接采用一条标准并行总线至单个器件至MIPI DSI总线，通过使得应用处理器更长时间地处于休眠模式来改善可穿戴显示应用的电池寿命。在智能手表的设计中，FPGA提供自动对时和IO桥接功能，由于一些MCU不支持2.5V IO，而这是与GPS模块连接所必需的，通过FPGA实现接口桥接后，手表可在佩戴者进入一个新的时区后自动进行对时。

　　FPGA提供的灵活性大大拓展了人们的想象空间。智能眼镜可识别包含在简单代码中的品牌信息。同时，用户操作、环境感知或传感器反馈驱动的智能化可视效果，都可以使用LED方便地实现。

　　FPGA与MCU共存可穿戴市场

　　在莱迪思半导体消费市场营销总监Subra Chandramouli看来，新一代FPGA拥有低功耗和小尺寸的架构，能够为智能手机、平板电脑、电子阅读器和可穿戴设备等产品的开发提供所需的灵活性。FPGA在设备中的应用完全不受约束，同时FPGA也不断增加如存储器、I/O、显示屏、传感器接口和SERDES，结合了灵活的可编程性以及常用的功能。

　　Chandramouli坦言，可穿戴市场是莱迪思重点关注的一个领域。但他同时也指出：“尽管可穿戴市场在不断扩大，但它仍然处于起步阶段。我们可以看到众多OEM厂商正试着将不同的产品推向市场，不断探索‘杀手级’功能。一些可穿戴设备仍处于酝酿之中——能够进行移动通讯的独立手表、可与智能手机配合使用的智能手表、医疗监控设备以及平视显示器等。”

　　他强调说，在所有类型的可穿戴设备中，小尺寸和低功耗都是关键因素。据悉，莱迪思已经推出了多款成功的设计，其中几款现已批量出货。“多款产品可以满足这个市场需求，例如尤其是iCE40产品系列和MachXO2/MachXO3L产品，提供高度集成的小尺寸封装，可小至1.4 mm×1.48 mm，这些设计已经用于一些大型OEM厂商推出的部分产品中。”他说，“根据保密协议，很遗憾我们无法透露这些产品的名字或是我们专为这些产品实现的功能。”

　　针对当前市场普遍选用低功耗MCU方案的现状，Chandramouli认为两种方案将会并存：“我们相信MCU和低功耗、小尺寸FPGA两者都会在可穿戴市场存在，因为FPGA和MCU提供的功能可用于不同的应用。举个例子，FPGA是实现时序关键控制和协议桥接功能的更好选择。尽管两者是不同形式的可编程逻辑器件，但FPGA更加节能，对于可穿戴设备来说这是一个关键优势。”

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