如何将MCU与FPGA进行配对以达到提高系统效率的目的
fpga已经变得如此具有成本效益，因此它们越来越多地与mcu结合使用，以提高整体系统效率。用途包括在的电路板空间中添加额外的功能，为复杂算法的前端添加节能处理，聚合多个外部设备以卸载高性能mcu或作为使现有设计适应新的所需的“粘合”逻辑在接口要求方面，fpga提供了标准mcu中常常缺乏的额外灵活性。本文将快速回顾一些的应用，其中fpga和mcu“配对”，以展示如何通过降低功耗，减小电路板空间，提高处理性能或接口灵活性来提高系统效率，从而显着改善您的下一个设计。
fpga作为mcu配套器件
您为设计选择的mcu多久没有完全具备您需要的所有接口通道？或许您对mcu的初始选择非常合适，但是出现了新的要求，因为您的客户需要为其设计添加一些额外的接口。您可能可以使用更复杂的mcu，但这可能会增加显着的电路板空间（因为它仅在高引脚数封装中可用），功率增加（因为它只能提供比您真正需要的更多闪存和sram） 或者更高的成本（出于上述两个原因）。
解决这个难题的一种方法是通过在mcu旁边添加fpga来规划对额外接口的需求。fpga可以轻松提供额外的接口，只需提供您需要的接口，同时限制电路板空间，成本和功耗的增加。实际上与使用更复杂的mcu的选项相比，通常会减少电路板空间，降低成本并降低功耗。
例如超低功耗fpga可在极小的2.078 mm×2.078 mm电路板占板面积内提供多达26个信号io，并且由于这些器件是通过片上nvm配置的，您不需要额外的电路板空间用于配置设备。这些fpga还有两个专用的i2c接口和两个专用spi接口，具有大量可配置逻辑，可以根据应用需要添加更多接口（直到用完引脚）。
该器件还具有高达80kbits的嵌入式block ram，可用于接口fifo和缓冲器，因此mcu可以等待整个数据包准备好进行处理。在将数据发送到mcu之前，dsp模块还可用于对原始传感器数据进行低级数据处理，作为预处理步骤。当fpga可以在中断mcu之前智能地聚合数据时，可以大幅降低mcu功耗。
快速响应fpga接口请求
使用fpga配套器件时，快速响应fpga的服务请求非常重要。例如音频接口可能需要具有比传感器数据更高的优先级访问权，因为必须避免音频数据中的“停顿”或者用户体验可能显着降低。通常能够支持各种中断优先级有助于提高fpga伙伴的实用性，并进一步提高整体系统性能和功效。
有效使用dma还有助于进一步卸载mcu并提高效率。例如fpga可能首先缓冲预处理原始数据的完整数据包，以减小需要存储和传输的消息的大小。fpga可以中断mcu并启动dma传输，将整个消息移动到mcu存储器中。一旦dma传输完成并且整个消息准备好进行处理，就可以中断cpu并开始对消息进行处理。
例如32位mcu有一个dma控制器和一个中断控制器，两者都是可编程优先级。中断控制器在右侧有一个优先级块，它为cpu产生中断级。优先级块选择具有优先级的中断，由与每个中断源相关的中断优先级寄存器（iprn）中的中断级别字段定义。因此可以在i2c端口上为较高优先级的源（例如实时音频接口）分配比低频传感器更高的优先级，以保证更快的处理。
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该器件还具有高达80kbits的嵌入式block ram，可用于接口fifo和缓冲器，因此mcu可以等待整个数据包准备好进行处理。在将数据发送到mcu之前，dsp模块还可用于对原始传感器数据进行低级数据处理，作为预处理步骤。当fpga可以在中断mcu之前智能地聚合数据时，可以大幅降低mcu功耗。
快速响应fpga接口请求
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有效使用dma还有助于进一步卸载mcu并提高效率。例如fpga可能首先缓冲预处理原始数据的完整数据包，以减小需要存储和传输的消息的大小。fpga可以中断mcu并启动dma传输，将整个消息移动到mcu存储器中。一旦dma传输完成并且整个消息准备好进行处理，就可以中断cpu并开始对消息进行处理。
例如32位mcu有一个dma控制器和一个中断控制器，两者都是可编程优先级。中断控制器在右侧有一个优先级块，它为cpu产生中断级。优先级块选择具有优先级的中断，由与每个中断源相关的中断优先级寄存器（iprn）中的中断级别字段定义。因此可以在i2c端口上为较高优先级的源（例如实时音频接口）分配比低频传感器更高的优先级，以保证更快的处理。
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