引言

移動電話、PDA和MP3播放器等便攜式消費電子產(chǎn)品的產(chǎn)量通常都非常大。因此，產(chǎn)品設計工程師首先會選擇采用AsIc或ASSP以小巧的便攜式封裝來容納極強的功能。

這種解決方案不僅能滿足功能密集的要求，其功耗往往也令人滿意。但是，在消費類電子產(chǎn)品領域變化極為迅速的背景下，各廠商均致力于針對不斷變化的技術和市場推出與眾不同的解決方案，因此，時間超前的功能不出數(shù)月就會過時。

殘酷一詞常常用來描述競爭的激烈程度。錯誤既不可容忍又代價高昂，然而，ASSP的選擇或ASIC的設計幾乎不可能每次都正確。所以，對于廠商來說，緩解這種局勢對于保持市場份額至關重要。

如今的設計工程師已不僅僅著眼于一成不變的ASIC和ASSP架構，而更看重可編程邏輯所固有的設計靈活性和可盡快上市的優(yōu)越性。Xilinx公司的CoolRunner-IICPLD具有低成本和低功耗優(yōu)勢，為便攜式設備設計工程師提供了富有生命力的、可以取代標準單元技術的解決方案。

2001年以來，CoolRunner-IICPLD系列產(chǎn)品為設計工程師提供的價位低到足以與分立邏輯器件的價位媲美，使設計工程師能夠在單個封裝中輕松地實現(xiàn)大量邏輯功能。本文將講述如何使用CoolRunner-II CPLD實現(xiàn)低成本和低功耗的簡單可編程邏輯，以突破當今ASIC／ASSP便攜式手持設備解決方案的限制。鑒于大多數(shù)手持設備都是基于OMAP、Xscale或i.MX的設計，本文將講述若干具體問題的解決方法。

電平轉換

在兩種不同電壓標準的芯片之間提供接口連接是個常見問題。任何類型的存儲器都不能符合所有的電壓標準，但微處理器可適應于多種電壓。匹配各類標準很簡單，使用電平轉換器即可；但電平轉換器價格昂貴，并且占用面積過大。使用CPLD是較好的解決方案，可顯著提高靈活性。所有的CoolRunner-II CPLD都能在兩種電壓之間進行轉換，而有些可以轉換多達四種電壓。

CoolRunner-II CPLD的I／O組可輕而易舉地在單芯片中的1.5V～3.6V范圍內轉換電壓，如圖1所示。但這是完全不考慮器件可編程性時的情形。電平轉換功能只是整個封裝的一部分，也就是說用戶同時還能獲得一批邏輯、觸發(fā)器、降功耗資源和I／O緩沖器，而這些往往比電平轉換器芯片的價格低。

引腳擴展

一般來說，ASIC引腳越多，則其成本越高。如果邏輯所要求的容量不大，而I／O方面有大容量的要求，那么工程師可能就要為滿足引腳的需求而去買用不著的邏輯。解決這個問題的一種方法是增加一個CoolRunner-II CPLD，將其用作引腳擴展器，如圖2所示。

基本思路是找出通常以低速運行的GPIO引腳。然后，并不是為其分配ASIC引腳，而是將CoolRunner-II CPLD引腳賦予低速傳輸?shù)腉PIO信號，串行化這些信號，并且通過較少網(wǎng)絡引腳將這些信號導入ASIC。串行化／反串行化通過簡單而有效的移位來完成，可大大減少高成本ASIC上的引腳。

另一種觀點認為，OMAP、Xscale和i.MX處理器具有特定的引腳組合，用來支持供貨商認為適宜的應用。CoolRunner-II CPLD引腳擴展允許工程師自行創(chuàng)建具有不同電壓組合和附加功能(脈沖、PWM、獨立三態(tài)控制)的GPIO引腳。

引腳再分配

CPLD提供了當PCB布局出現(xiàn)錯誤時重新布置引腳的能力。這一特性非常關鍵，它使得工程師能保持進度，并滿足財務和功率預算的要求。設計工程師無需重新設計電路板即可糾正其錯誤連接，因此可以將產(chǎn)品進度縮短數(shù)周到數(shù)月之多。

CoolRunner-II CPLD由功能強大的邏輯模塊構建而成，其中的可編程邏輯數(shù)組可以任意重新分配引腳邏輯。這些器件可通過多次修改來保留引腳布局，同時能夠根據(jù)需要來針對不同引腳重新分配設計。CoolRunner-II系列的數(shù)據(jù)手冊提供了架構說明，并給出了應用指南索引，這些應用指南的詳細內容會幫助工程師理解PLA的價值。[!--empirenews.page--]

功率控制

上電速度快是CPLD的優(yōu)點之一。CoolRunner-II CPLD自帶配置單元，允許其自行上電并指導其它芯片的后續(xù)活動。這其中包括一些功率調節(jié)器(可由CoolRunner-II CPLD定序)，以及需要在電路板操作中提前妥善定義的其它控制信號。

降低功耗

所有基于Xscale、OMAP和i.Mx的芯片組都包括某種版本的ARM微處理器。高級RISC機器最初是按照以低功耗運行微處理器的方法開發(fā)的。后來，各許可供貨商都采納了自己的方法來進一步降低處理器功耗。典型的降功耗操作包括時鐘門控、電壓調整，以及旨在減少器件內傳輸?shù)陌迳洗鎯ζ鞴芾怼?/p>

另外，Symbian這類操作系統(tǒng)在各種節(jié)電方法中增加了"功耗意識"模式，以使未使用的資源盡可能處于當前所執(zhí)行任務的最低功耗模式。這些方法的效果都不錯，都可以降低處理器的功耗。但是，降低系統(tǒng)其余部分的功耗已經(jīng)超出這些方法的范圍。

CoolRunner-II CPLD天生就是低功耗器件。更重要的是，CoolRunner-II的特殊功能還可用來降低其它器件的功耗。使用時鐘分頻器和Xilinx DataGATE技術能夠降低設計中許多(如果不是全部)芯片的功耗，如圖3所示。關斷對其它芯片的供電還可以降低在電路板上傳播以及從系統(tǒng)中發(fā)散出來的電磁場。這種有效的信號阻斷方法有多方面好處。 

邏輯合并

在電路板上安裝3個二輸入與門、2個三輸入或門和1個施密特緩沖器封裝會增加材料清單(BOM)、占用功率和成本預算，并降低可靠性。如果將這些分散的邏輯集中到一個整體低功耗CoolRunner-II中，不僅可以解決這些問題，還能把其它未用邏輯直接存儲到電路板上，以備將來改進／修改之用。表1列出了邏輯的資源消耗率。

 
結論
CoolRunner-II CPLD正迅速成為低功耗、低成本、高產(chǎn)量的便攜式消費產(chǎn)品的標準。本文主要講述了這種功能強大的產(chǎn)品如何輕而易舉地使用OMAP、Xscale和i.MX處理器構建系統(tǒng)。CoolRunner-IICPLD對于許多其它處理器也同樣有效，可為其增加功能、降低功耗，并縮短上市時間。