在當(dāng)前的電子工業(yè)中，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)可能是應(yīng)用多的半導(dǎo)體器件，很少有工程師會(huì)在工作中從未用到過它。在過去的二十年中，F(xiàn)PGA取得了長足的進(jìn)步，足以滿足各個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域中不斷擴(kuò)展的各種功能的要求。這些領(lǐng)域有：通信、試驗(yàn)和測(cè)量、民用和軍用航空、汽車、醫(yī)學(xué)、存儲(chǔ)、服務(wù)器、消費(fèi)類電子領(lǐng)域等。此外，由于該領(lǐng)域85%的市場(chǎng)份額都主要被Altera和賽靈思這兩家公司占據(jù)，因此設(shè)計(jì)師其實(shí)并沒有太多的選擇。
在有些場(chǎng)合，應(yīng)用FPGA是必需的，例如當(dāng)需要現(xiàn)場(chǎng)可編程性時(shí)、當(dāng)設(shè)計(jì)還不完整開發(fā)商就需要驗(yàn)證設(shè)計(jì)思路時(shí)、當(dāng)有大量的專有IP且這些IP能夠?qū)⒃摦a(chǎn)品同市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品區(qū)分開來時(shí)，以及當(dāng)產(chǎn)品的批量很小但需要盡快面市時(shí)，F(xiàn)PGA是優(yōu)先考慮的選擇。
但有些地方卻沒有必要一定要用FPGA。如果存在專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)，且它們可以很好地實(shí)現(xiàn)那些本打算用FPGA來實(shí)現(xiàn)的功能，并且產(chǎn)品生產(chǎn)批量也足夠多，那些ASSP也已經(jīng)是成熟產(chǎn)品，這時(shí)設(shè)計(jì)師就會(huì)選用ASSP來完成設(shè)計(jì)而不是FPGA，這樣做產(chǎn)品的成本也比采用FPGA要低很多，且沒有煩瑣的連線。當(dāng)設(shè)計(jì)可以應(yīng)用PCI Express(PCIe)的一般局域總線橋式器件時(shí)，就會(huì)有這樣的應(yīng)用。
在這個(gè)例子中，設(shè)計(jì)師有兩種截然不同的選擇，一個(gè)選擇是選用一個(gè)FPGA、一個(gè)配置器件、一個(gè)外部PHY、PCIe IP和設(shè)計(jì)軟件，然后把它們集成在一起，驗(yàn)證功能，例如Altera公司的Cyclone II FPGA+TI公司的PHY的組合，或者賽靈思公司的Spartan-3/E FPGA＋NXP公司的PHY的組合；另一個(gè)選擇是選擇簡(jiǎn)單的單芯片解決方案，用一個(gè)PCIe局域總線橋式器件就解決問題，例如PLX公司的PEX 8311局域總線PCIe橋。
在上例中，設(shè)計(jì)師如果選用單芯片解決方案，就可以獲得下面這些優(yōu)點(diǎn)：更低的成本、小的占板面積、僅需更少的工程資源就可集成和驗(yàn)證這些器件、增強(qiáng)的性能和特色、更少的后續(xù)支持問題、總共需要的器件減少。
即使在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)采用了FPGA，設(shè)計(jì)師仍可以輕松地改用PCIe，需要做的僅僅是把外部PHY換成PCIe局域總線橋，然后把它們集成到FPGA中并驗(yàn)證它。這樣，不但節(jié)省了外部PHY和PCIe IP的成本，而且連同既大又貴的與FPGA、PCIe IP配套的配置器件以及PCIe IP的專有IP也都不再需要。
局域總線是帶有32位數(shù)據(jù)和33MHz/66MHz時(shí)鐘的一般總線。這些都是十幾年前就有的東西。許多嵌入式應(yīng)用都把局域總線集成到設(shè)計(jì)中。PCIe具有更高的帶寬、更少的管腳、更低的價(jià)格(由于在市面上已經(jīng)大規(guī)模地使用)，因此在串行接口應(yīng)用中，隨著PCIe成為主流應(yīng)用方式，那些采用局域總線的設(shè)計(jì)師們將會(huì)認(rèn)識(shí)到把設(shè)計(jì)改成PCIe所能帶來的巨大益處。
我們來看幾個(gè)具體的實(shí)際例子，從中我們可以進(jìn)一步明白，PCIe局域總線橋式器件是怎樣勝過FPGA的，它又是怎樣和FPGA共同使用的。
工業(yè)控制視頻監(jiān)控器
如圖1所示，F(xiàn)PGA是一種內(nèi)存密集型器件。設(shè)計(jì)師可以通過FPGA獲取、存儲(chǔ)和處理視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像，比如那些應(yīng)用于監(jiān)視、安全、工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域的監(jiān)控系統(tǒng)。但是，當(dāng)想要把其中一些高分辨率圖像傳到總站時(shí)就需要類似PCIe這樣的高速接口。PEX 8311就是這樣一種接口，它可以連接到FPGA的局域總線，然后通過PCIe把這些圖像傳給控制總站。像PEX 8508這樣的PCIe開關(guān)器件就可以從幾個(gè)橋式器件獲取圖像并將它們顯示在一個(gè)中央位置。
圖1：工業(yè)控制視頻監(jiān)控。
系統(tǒng)控制器卡
如圖2所示，在控制器卡應(yīng)用中，橋器件以及局域總線和PCIe接口之間的連接都必須支持掛在局域總線上的大量的器件。一個(gè)橋多可以支持6個(gè)器件掛在局域總線上，并且為所有器件都提供了PCIe接口。
圖2：系統(tǒng)控制器卡片。
嵌入式設(shè)計(jì)、醫(yī)療用成像系統(tǒng)、視頻/圖像產(chǎn)品和工業(yè)控制系統(tǒng)中，都有許多這樣的應(yīng)用。表簡(jiǎn)要地列出了單芯片PCIe局域總線橋式器件相對(duì)于FPGA的優(yōu)點(diǎn)。
表：?jiǎn)纹瑱C(jī)器件和FPGA對(duì)比。
工程師幾乎每天都要面對(duì)從幾個(gè)方法中選出一個(gè)來達(dá)到設(shè)計(jì)目的(其中有些是可行的，有些是不可行的)，而且做決定前需要綜合地考慮各方面的因素，比如功能、成本、設(shè)計(jì)進(jìn)度，另外還有芯片提供商的信譽(yù)等等。你可以選擇簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，就是從現(xiàn)有的那兩家供應(yīng)商那里買來可編程邏輯器件，用多芯片的方式來實(shí)現(xiàn)。但這種方式是無法和單芯片PCIe方式相比的，尤其是當(dāng)這個(gè)芯片達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并且已經(jīng)由PCI SIG官方機(jī)構(gòu)認(rèn)定，且是指定整合組件廠商名單中的產(chǎn)品。
，設(shè)計(jì)師會(huì)為他們的正確選擇而感到欣慰！