采用CPLD來(lái)替代微處理器的6種方法

　　隨著低功耗CPLD的出現(xiàn)，低功耗電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在有新的選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)以前由微控制器完成的多種功能。本白皮書討論什么時(shí)候適合采用CPLD替代微控制器，什么時(shí)候可以采用CPLD作為微控制器的輔助器件。

　　引言

　　如果告訴便攜式電子設(shè)計(jì)人員有一種低功耗數(shù)字器件能使他們利用軟件程序來(lái)重新配置硬件工作，他們中的十個(gè)會(huì)有九個(gè)認(rèn)為這是某種微控制器。這是可以理解的。豐富的特性和封裝、大量的軟件開(kāi)發(fā)工具，以及龐大的應(yīng)用代碼庫(kù)，無(wú)處不在的微控制器幾乎能夠用在所有便攜式應(yīng)用中。然而，隨著低功耗CPLD的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員有了新的選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)以前由微控制器完成的功能。

　　本白皮書討論什么時(shí)候適合采用CPLD來(lái)替代微控制器，什么時(shí)候可以采用CPLD作為微控制器的輔助器件。根據(jù)其功能和復(fù)雜程度，本白皮書中的例子可以分成三類。第一類是I/O管理，主要針對(duì)引腳級(jí)應(yīng)用。第二類是端口管理，重點(diǎn)是器件之間的各種接口。第三類是系統(tǒng)管理，面向使用引腳或者端口來(lái)控制系統(tǒng)級(jí)功能的應(yīng)用。

　　第一次接觸可編程邏輯的設(shè)計(jì)人員會(huì)發(fā)現(xiàn)CPLD設(shè)計(jì)在很多方面和傳統(tǒng)的微控制器設(shè)計(jì)類似。下面簡(jiǎn)單說(shuō)明CPLD設(shè)計(jì)流程：

　　1 利用軟件開(kāi)發(fā)工具，采用Verilog或者VHDL等高級(jí)語(yǔ)言編寫設(shè)計(jì)。

　　2 對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證功能是否正確。

　　3 驗(yàn)證是否滿足資源占用和時(shí)序通路等物理要求，將設(shè)計(jì)“適配”到CPLD中。

　　4 對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證時(shí)序是否正確。

　　5 設(shè)計(jì)被編程至物理器件中。

　　一個(gè)主要不同是復(fù)雜的在電路仿真器功能，以驗(yàn)證微控制器。然而，一旦理解了可編程技術(shù)的細(xì)微差別后，微控制器設(shè)計(jì)人員便能夠很好地進(jìn)行CPLD設(shè)計(jì)。

　　CPLD替代微控制器的實(shí)例

　　以下部分介紹了CPLD能夠有效替代微控制器的某些應(yīng)用。

　　I/O管理

　　當(dāng)考慮是使用CPLD還是微控制器來(lái)進(jìn)行I/O管理時(shí)，所需要的I/O數(shù)量和類型是兩個(gè)關(guān)鍵因素。微控制器的好處是體積小而且價(jià)格低，當(dāng)然還有大量的小型低成本微控制器供設(shè)計(jì)人員選擇。然而，如果某一應(yīng)用需要大量的通用I/O，那么CPLD在成本上通?？梢院臀⒖刂破飨喔?jìng)爭(zhēng)。小型低成本微控制器一般受限于串口，它最多有幾個(gè)通用I/O引腳。

　　設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)，I/O數(shù)量較多的微控制器體積也不小，而且價(jià)格也昂貴。而另一方面，CPLD趨于有較多的I/O；小外形封裝CPLD有50多個(gè)I/O是比較常見(jiàn)的。例如，5mm x 5mm封裝的Altera? MAX? IIZ EPM240Z CPLD有80個(gè)I/O。除了I/O數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)以外，一般情況下，CPLD要比微控制器更加靈活。除了某些例外，大部分CPLD I/O都能夠用于任意目的。

　　可編程電平轉(zhuǎn)換

　　很多產(chǎn)品都需要使用電壓不同的各種邏輯器件。為支持多電壓應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員要經(jīng)常連接不同電平的器件。而采用微控制器幾乎不可能實(shí)現(xiàn)這一切，因?yàn)槲⒖刂破鞯腎/O資源數(shù)量有限，一般采用一個(gè)電壓源工作。而CPLD有大量的I/O，并分成多個(gè)塊。相應(yīng)的為每個(gè)I/O塊分配一個(gè)電壓源。因此，開(kāi)發(fā)電平轉(zhuǎn)換器只需要將一個(gè)塊中一種電壓的所有I/O分在一起，將相關(guān)的電壓參考連接到這些I/O所需的電源上(圖1)。使用CPLD不但能夠很好地完成電平轉(zhuǎn)換，它更大的優(yōu)勢(shì)在于和電平轉(zhuǎn)換相結(jié)合的可編程功能。例如，如果某一應(yīng)用需要LCD顯示器，但主處理器并不支持這種顯示器，而且電平不同，那么可以采用CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)主處理器和LCD顯示器之間的電平轉(zhuǎn)換時(shí)序控制功能。

圖1. 使用MAX IIZ CPLD來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換