如何將MCU與FPGA進行配對達到提高系統效率的目的？

FPGA已經變得如此具有成本效益，因此它們越來越多地與mcu結合使用，以提高整體系統效率。用途包括在的電路板空間中新增額外的功能，為複雜演算法的前端新增節能處理，聚合多個外部裝置以解除安裝高效能MCU或作為使現有設計適應新的所需的“粘合”邏輯在介面要求方面，FPGA提供了標準 中常常缺乏的額外靈活性。本文將快速回顧一些的應用，其中FPGA和MCU“配對”，以展示如何透過降低功耗，減小電路板空間，提高處理效能或介面靈活性來提高系統效率，從而顯著改善您的下一個設計。
 
FPGA作為MCU配套器件
您為設計選擇的MCU多久沒有完全具備您需要的所有介面通道？或許您對MCU的初始選擇非常合適，但是出現了新的要求，因為您的客戶需要為其設計新增一些額外的介面。您可能可以使用更復雜的MCU，但這可能會增加顯著的電路板空間（因為它僅在高引腳數封裝中可用），功率增加（因為它只能提供比您真正需要的更多快閃記憶體和 ） 或者更高的成本（出於上述兩個原因）。
 
解決這個難題的一種方法是透過在MCU旁邊新增FPGA來規劃對額外介面的需求。FPGA可以輕鬆提供額外的介面，只需提供您需要的介面，同時限制電路板空間，成本和功耗的增加。實際上與使用更復雜的MCU的選項相比，通常會減少電路板空間，降低成本並降低功耗。
 
例如超低功耗FPGA可在極小的2.078 mm×2.078 mm電路板佔板面積內提供多達26個訊號IO，並且由於這些器件是透過片上NVM配置的，您不需要額外的電路板空間用於配置裝置。這些FPGA還有兩個專用的I2C介面和兩個專用SPI介面，具有大量可配置邏輯，可以根據應用需要新增更多介面（直到用完引腳）。
 
該器件還具有高達80kbits的嵌入式Block RAM，可用於介面FIFO和緩衝器，因此MCU可以等待整個資料包準備好進行處理。在將資料傳送到MCU之前，DSP模組還可用於對原始感測器資料進行低階資料處理，作為預處理步驟。當FPGA可以在中斷MCU之前智慧地聚合資料時，可以大幅降低MCU功耗。
 
快速響應FPGA介面請求
使用FPGA配套器件時，快速響應FPGA的服務請求非常重要。例如音訊介面可能需要具有比感測器資料更高的優先順序訪問權，因為必須避免音訊資料中的“停頓”或者使用者體驗可能顯著降低。通常能夠支援各種中斷優先順序有助於提高FPGA夥伴的實用性，並進一步提高整體系統效能和功效。
 
有效使用DMA還有助於進一步解除安裝MCU並提高效率。例如FPGA可能首先緩衝預處理原始資料的完整資料包，以減小需要儲存和傳輸的訊息的大小。FPGA可以中斷MCU並啟動DMA傳輸，將整個訊息移動到MCU儲存器中。一旦DMA傳輸完成並且整個訊息準備好進行處理，就可以中斷CPU並開始對訊息進行處理。

例如32位MCU 有一個DMA控制器和一箇中斷控制器，兩者都是可程式設計優先順序。中斷控制器在右側有一個優先順序塊，它為CPU產生中斷級。優先順序塊選擇具有優先順序的中斷，由與每個中斷源相關的中斷優先順序暫存器（IPRn）中的中斷級別欄位定義。因此可以在I2C埠上為較高優先順序的源（例如實時音訊介面）分配比低頻感測器更高的優先順序，以保證更快的處理。