Mikroprozessor im FPGA Symbiose im Chip

Auch in Embedded-Anwendungen kommen zunehmend 32-Bit-Prozessoren zum Einsatz. Zugleich nutzen viele Entwickler verstärkt FPGAs als flexible und wirtschaftliche Plattform, mit der sich gegenüber anderen Lösungen die Entwicklungszeit deutlich verkürzen lässt. Diese beiden Trends lassen sich tatsächlich unter einen Hut bringen.

Mikroprozessor im FPGA

Auch in Embedded-Anwendungen kommen zunehmend 32-Bit-Prozessoren zum Einsatz. Zugleich nutzen viele Entwickler verstärkt FPGAs als flexible und wirtschaftliche Plattform, mit der sich gegenüber anderen Lösungen die Entwicklungszeit deutlich verkürzen lässt. Diese beiden Trends lassen sich tatsächlich unter einen Hut bringen.

INHALT:
Befehlssatz und Speicherzugriff
Tools im Überblick
FPGAs und PSCs für M1
Verwandte Artikel
Autor

Beim Einsatz proprietärer Architekturen müssen die Entwickler Maßnahmen ergreifen, damit die Architekturen in der Zielapplikation möglichst effizient arbeiten. Auch auf die Verfügbarkeit entsprechender Entwicklungstools ist zu achten. Erfahrene Entwickler wissen auch, dass eine bestimmte Lernkurve zu durchlaufen ist, bis sie die Eigenschaften eines neuen Produkts effizient nutzen können. Leider stehen diese Herausforderungen im Widerspruch zu den ständig kürzer werdenden Zeitvorgaben für die Entwicklung und dem Wunsch, die Entwicklungsrisiken zu minimieren. Viele Entwickler neigen deshalb dazu, ausschließlich Produkte einzusetzen, die sie bereits kennen und mit denen sie bereits vertraut sind. Aus diesem Grund haben sich einige wenige Architekturen zu Industriestandards entwickelt.

Gegenüber einer proprietären Architektur bietet ein Industriestandard einige Vorteile. So stehen für solche Prozessoren zum Beispiel eine Reihe von Tools und zahlreiche Programme zur Verfügung. Deshalb lassen sich Designs mit Industriestandard-Prozessoren im Allgemeinen schneller entwickeln und auf den Markt bringen als mit proprietären Architekturen. ARM und Actel haben gemeinsam den auf FPGAs optimierten Prozessor »Cortex-M1« entwickelt, der auf der Cortex-Architektur basiert. Durch diese spezielle Entwicklung konnten die Leistung und die Effizienz des Cores verbessert und sein Platzbedarf im FPGA minimiert werden.

Der flexibel konfigurierbare Prozessor baut auf ARMs dreistufiger Cortex-M3-Pipeline auf. In seiner kleinsten Konfiguration ist Cortex-M1 weniger als fünf Prozent größer als Actels »Core8051«, ein Standardcontroller mit 8 Bit. In Actels »M1-enabled« FPGAs »ProASIC3« und den programmierbaren Systemcontrollern (PSC) »Fusion« arbeitet der Core mit über 70 MHz. Der erweiterte Befehlssatz »Thumb-2« für die ARM-Architektur ist zu bestehenden ARM- und Thumb-Lösungen abwärtskompatibel. Beim Einsatz leistungsoptimierter Programme benötigt Thumb-2 laut Hersteller etwa ein Drittel weniger Speicher und bietet ungefähr ein Drittel mehr Leistung. Diese Eigenschaften lassen sich nutzen, um die Batterielaufzeit zu verlängern oder Produkte mit höherem Funktionsumfang zu entwickeln. Ein weiterer Vorteil von Thumb-2 gegenüber bisherigen ARMBefehlssatz-Architekturen besteht darin, dass 16-Bitund 32-Bit-Befehle in der gleichen Betriebsart ausgeführt werden.