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迎合下一代白家电需求 FPGA集成ARM核

 

作者:京微雅格市场总监 窦祥峰

 

如今家电应用朝着智能化、网络化方向发展,其特点是为满足消费者不断增长的需求。厂商在制造家用电器时越来越多地采用了半导体技术,例如冰箱、微波炉、洗衣机、空调以及厨房电器等产品。

 

分立元件影响家电整体性能

 

现在的家电产品不仅拥有漂亮的外观,而且节能环保,有的还可以联网,具有自我监控功能。这些功能一般需要采用微控制器单元(MCU)来实现。一台家电中要多个MCU来实现高度集成的设计,同时需要足够大的真彩显示系统与完善的媒体接口:以太网、无线模块以及其他先进的接口模式。当前的家用电器应用方案普遍采用的是分立的子系统,即处理器与各单元模块分离,设计者需要采用不同的设计资源去实现。这样对有着先进人机界面、网络处理与智能化应用的高端产品增加了设计的麻烦。而且,厂商无法找到一款处理器是完全满足其产品特点的,后果就是在一些产品设计上不得不采取妥协措施。

 

而且,采用分立元件进行设计对物料管理、库存都有影响。例如,如今的高端洗衣机普遍带有触摸屏功能的人机接口界面,而且大都具有智能洗衣控制程序,客户通过网络即可对洗衣机远程控制,这对于厂商来说,设计难题就表现在智能运动控制、LCD显示控制、网络接口等不同方面。

家电产品日益向着高度复杂的应用方向与高设计难度发展。

 

 

迎合下一代白家电需求 FPGA集成ARM核

 

CAP集成硬核处理器解难题

 

如何体现产品特色与性能,同时又能降低产品研发成本与周期,是每一个厂商不得不考虑的事。分立器件不能完全覆盖设计,而专用ASIC又不能灵活适配设计需求,京微雅格公司的可配置应用平台(CAP,Configurable application platform)系统是一个选择,暨单片化的系统应用方案,可提高客户的研发易用性。

 

京微雅格成立伊始就提出了CAP概念,即在FPGA中集成了增强型8051硬核。一直以来在FPGA中嵌入处理器就是各个厂商的难题,其他的供应商是集成了软核的RISC处理器,虽然灵活但是需要工程师利用EDA工具架构处理器核与软件系统的集成,这为软件工程师与硬件设计者带来困惑。因为移植OS与FPGA设计是不同的设计方式,处理器与FPGA结合往往影响产品的使用。但是,硬核的处理器可以使软硬件有机无缝结合起来,而且CAP具有可编程特性,可使处理器与外设的结合简单容易。

 

为了满足客户多样化设计需求,京微雅格又适时推出了集成硬核处理器的CME-M7A(宝山)系列器件,在这个系列中ARM核被集成到海量FPGA资源中,特别适合有控制需求的系统应用。

 

基于一颗M7A芯片,京微雅格推出高端网络洗衣机应用方案,实现了下一代白色家电-网络洗衣机的全部功能。在这个设计中,FPGA作为主处理芯片实现通信接口、LCD显示驱动、传感器信号转换、电机控制及洗衣机控制时序产生。一是利用FPGA的以太网10兆/100兆/1000兆MAC实现以太网接口,为洗衣机实现远程洗衣程序控制,同时亦可实现无线、串口等通信方式。

 

二是利用FPGA自带AD( Dual 12 bit 1MSPS ADC),实现各种传感器的信号转换,如水液面、温度、转速、蜂鸣器等控制。

 

三是FPGA实现BLDC的电机控制,用内嵌的硬核ARM实现控制算法,高速12位A/D转换器分别检测三相绕组的反电动势和外部电位器设定电压,电位器设定电压用于确定电机的转动方向和转速。此外一个重要的模块是三相PWM波形发生模块,通过可编程计数器实现。

 

四是FPGA提供人机界面的接口电路,根据客户对不同显示分辨率的需求,提供不同尺寸屏幕的驱动程序,FPGA可实现LCD屏幕的TCON部分的原理实现,亦可经过串口对具有触摸效果的屏幕进行显示控制。

 

图为下一代洗衣机M7A方案系统图

 

 

下一代洗衣机M7A方案系统图

 




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