### SOC_FPGA的嵌入式开发
#### 一、嵌入式系统概述
嵌入式系统作为一种专用计算机，旨在使各种设备变得更简单、更便捷、更普及、更实用。随着技术的发展，嵌入式系统逐渐从单一功能向多功能演变，成为构成未来世界的“数字基因”。我国嵌入式系统专家沈绪榜院士曾预测，在未来的十年内，将会出现体积小、运算能力强的嵌入式智能芯片，这将极大地扩展我们的创新空间。
#### 二、嵌入式体系结构
嵌入式系统的体系结构主要包括微控制器单元(MCU)、微处理器单元(MPU)和嵌入式数字信号处理器(EDSP)三类：
1. **MCU**：即微控制器单元，采用冯诺依曼结构，处理速度相对较慢，一次最多处理8位数据。典型产品包括51系列和AVR系列。MCU广泛应用于工业控制领域，如与FPGA配合使用以提高系统的灵活性和处理能力。
2. **MPU**：即微处理器单元，同样基于冯诺依曼结构，但处理速度更快，一次可处理32位数据。MPU通常用于消费电子和商用设备，如智能手机中的ARM处理器。这类处理器支持多种外设，如Flash、Sdram、SD卡、USB设备等。
3. **EDSP**：即嵌入式数字信号处理器，专门用于信号处理任务，采用改进的哈佛结构，拥有高效的编译效率和指令执行速度。适用于数字滤波、FFT分析等领域。例如德州仪器(Texas Instruments)的TMS320系列。
#### 三、SOC与FPGA
**SOC**(System On Chip)是一种将整个系统的功能集成到一块芯片上的技术，能够提供高性能、低功耗的解决方案。随着嵌入式系统的需求不断增长，SOC在未来的应用前景十分广阔。而**FPGA**(Field Programmable Gate Array)作为SOC的重要组成部分之一，提供了高度的灵活性和可编程性，为SOC的发展提供了强有力的支持。
- **FPGA的特点**：
- **逻辑结构**：FPGA的核心逻辑结构包括查找表(LUT)、寄存器、多路复用器、存储器、快速加法器、乘法器以及I/O处理专用电路。这些元件共同构成了高性能的并行算法处理能力。
- **物理结构**：FPGA由许多可配置的基本功能单元(API)和可编程连线资源组成，使得用户可以根据需要灵活地构建不同的电路。
- **应用场景**：由于FPGA的高度可编程性，它在数字信号处理、通信系统、图像处理等多个领域有着广泛的应用。
- **FPGA与CPLD的区别**：
- **FPGA**：适合处理大量简单的逻辑功能，比如简单的算术运算和控制逻辑。
- **CPLD**：更适合处理复杂的组合逻辑，例如译码等功能。
- 在选择使用FPGA还是CPLD时，需要根据具体的应用场景来决定。例如，对于复杂的组合逻辑设计，CPLD可能是更好的选择；而对于需要大量简单逻辑处理的场合，FPGA则更加合适。
#### 四、开发工具与语言
嵌入式开发中常用的硬件描述语言包括Verilog HDL和VHDL。这两种语言都可以用来描述数字电路的行为、结构或数据流。虽然Verilog HDL和VHDL在语法上有一定差异，但它们都提供了强大的功能来帮助工程师设计复杂的电路系统。此外，综合工具如Synopsys Design Compiler等也被广泛用于将高级描述转换为具体的电路布局。
SOC和FPGA作为嵌入式开发领域的关键技术，不仅推动了嵌入式系统的不断发展，也为现代科技的进步提供了坚实的基础。随着技术的不断进步，SOC和FPGA的应用范围将进一步扩大，为更多的行业带来革命性的变化。
