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在Ｌａｔｔｉｃｅ公司１９９９年末率先推出高性能的系統(tǒng)可編程模擬電路ｉｓｐＰＡＣ之前，模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往需要用大量標(biāo)準(zhǔn)分聞器件來搭建。ｉｓｐＰＡＣ的出現(xiàn)，使得高集成度的精確模擬設(shè)計(jì)現(xiàn)在能夠通過一小塊單片ｉｓｐＰＡＣ芯片來實(shí)現(xiàn)，從根本上簡化和加速了模擬電路的設(shè)計(jì)、集成電路和配置，避免了采用傳統(tǒng)的ＡＳＩＣ芯片時(shí)的成本高、設(shè)計(jì)周期長的缺點(diǎn)，給傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)開發(fā)帶來了革命性的變化，其性能類似于數(shù)字系統(tǒng)中的ＦＰＧＡ。
目前ｉｓｐＰＡＣ系列產(chǎn)品包括ｉｓｐＰＡＣ１０、ｉｓｐＰＡＣ２０和ｉｓｐＰＡＣ８０等３種。
下面結(jié)合ｉｓｐＰＡＣ來討論ＩＳＰ技術(shù)在模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
一、ｉｓｐＰＡＣ的體系結(jié)構(gòu)
利用ＩＳＰ技術(shù)，Ｌａｔｔｉｃｅ公司的ｉｓｐＰＡＣ產(chǎn)品支持３維可編程能力：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ（ＡｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＦｉｌｔｅｒｉｎｇ），Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ（ＧａｉｎＢａｎｄｗｉｄｔｈＯｆｆｓｅｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄｓ）和Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ）。即除了芯片內(nèi)部物理級(jí)的互連線可編程外，其內(nèi)每一個(gè)單元（ｃｅｌｌ）的功能和特性都是可編程的。從而芯片在保持印刷電路板上的焊接狀態(tài)不變的情況下，就中以很容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片的快速編程、擦除和模擬電路功能及特性的重新配置。
ＩｓｐＰＡＣ器件基本功能單元是具有特殊結(jié)構(gòu)的ＰＡＣｅｌｌ組成模擬功能模塊ＰＡＣｂｌｏｃｋｓ，整個(gè)芯片由若干個(gè)ＰＡＣｂｌｏｃｋｓ構(gòu)成。不需要電阻、電容等外圍部件，就可以實(shí)現(xiàn)諸如Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｇｉｌｔｅｒｉｎｇ、ＳｕｍｍｉｎｇＤｉｆｆｅｒｅｎｃｉｎｇ、ＧａｉｎＡｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ和Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ等基本模擬功能，同時(shí)還可以將這些基本模擬功能進(jìn)行靈活的組合配置，設(shè)計(jì)出更復(fù)雜的模擬系統(tǒng)。
如利用ｉｓｐＰＡＣ８０，用戶可以在幾秒鐘內(nèi)在一小片ＩＣ上配置出數(shù)萬種不同的五階精度濾波器。
二、ｉｓｐＰＡＣ公司的開發(fā)環(huán)境的ＩＳＰ在系統(tǒng)編程
Ｌａｔｔｉｃｅ公司ｉｓｐＰＡＣ的開發(fā)系統(tǒng)ＰＡＣ－Ｄｅｓｉｇｅｒ軟件為設(shè)計(jì)提供了圖形風(fēng)格的用戶界面、軟件提供了模擬庫和電路宏生成器，并內(nèi)置了模擬和驗(yàn)證工具，可以在對(duì)芯片編程前對(duì)所設(shè)計(jì)院的模擬電路進(jìn)行仿真，生成各種曲線報(bào)告因而大大簡化了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，節(jié)省了開發(fā)時(shí)間。
ｉｓｐＰＡＣ通過Ｌａｔｔｉｃｅ公司的ｉｓｐＤＯＮＷＬＯＡＤ Ｃａｂｌｅ下載電纜實(shí)現(xiàn)ＩＳＰ在系統(tǒng)編程，瞬間即可完成器件的重配置和重編程。
三、數(shù)字邏輯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與ＩＳＰ技術(shù)
數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)的變革是從１９８４年Ｘｉｌｉｎｘ公司發(fā)明現(xiàn)場可編程門陣列（ＦＰＧＡ）開始的，９０年代Ｌａｔｔｉｃｅ公司又發(fā)明了復(fù)雜在系統(tǒng)可編程邏輯器件（ＣＰＬＤ）。
目前，ＦＰＧＡＣＰＬＤ能夠?qū)崿F(xiàn)從幾千門接口邏輯電路到數(shù)百萬門的龐大數(shù)字邏輯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，結(jié)合ＩＰ（Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）Ｃｏｒｅ（如ＵＳＢ Ｃｏｒｅ、ＰＣＩ Ｃｏｒｅ和ＤＳＰ Ｃｏｒｅ等）和功能強(qiáng)大的ＤＥＤＡ軟件可以構(gòu)建出非常復(fù)雜的數(shù)字電子系統(tǒng)。
�。兀茫梗担埃跋盗惺牵兀椋欤椋睿静捎脛�(chuàng)新的ＦａｓｔＦＬＡＳＨ技術(shù)制造的ＣＰＬＤ產(chǎn)品，最高可完成１萬門的數(shù)字邏輯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，目前有５Ｖ、３．３Ｖ和２．５Ｖ３個(gè)版本工作電壓，具有特殊的系統(tǒng)內(nèi)編程（ＩＳＰ）能力，編程擦除的次數(shù)較其他公司的ＣＰＬＤ高１至２個(gè)數(shù)量級(jí)。ＸＣ９５００系列器件通過標(biāo)準(zhǔn)的４腳ＪＴＡＧ協(xié)議實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)編程，它的擴(kuò)展ＩＥＥＥ－１１４９．１邊界掃描指令集允許器件編程模式擴(kuò)展和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)診斷。
利用Ｘｉｌｉｎｘ公司提供的Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ２．１ｉＦＰＧＡＣＰＬＤ開發(fā)系統(tǒng)和Ｘｃｈｅｃｋｅｒ串行編程電纜可方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯系統(tǒng)的開發(fā)和ＩＳＰ在系統(tǒng)編程。
�。疲校牵痢NＣＰＬＤ和嵌入式微控制器（如８０５１）結(jié)合使用可以更靈活地實(shí)現(xiàn)ＩＳＰ在系統(tǒng)編程。
�。疲校牵痢NＣＰＬＤ技術(shù)，發(fā)展異常迅速，Ｘｉｌｉｎｘ公司在２０００年初推出了成熟的ＣｈｉｐＳｃｏｐｅＩＬＡ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｌｏｇｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ）技術(shù)，把邏輯分析儀的功能集成在了ＦＰＧＡ芯片內(nèi)，大大簡化了數(shù)字邏輯系統(tǒng)的調(diào)試工作，還將逐漸將ＡＤ和ＤＡ等集成在單片ＦＰＧＡＣＰＬＤ內(nèi)。隨著ＩＰ ＣＯＲＥ和ＶＨＤＬ硬件描述語言等的使用，數(shù)字邏輯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法也發(fā)生了革命性的變化。
四、結(jié)合ＩＳＰ和ＥＭＩＴ技術(shù)實(shí)現(xiàn)儀器儀表系統(tǒng)的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入
伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技術(shù)正在逐漸向工業(yè)控制和智能儀器儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域滲透。實(shí)現(xiàn)智能儀器儀表系統(tǒng)基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的通訊能力以及對(duì)設(shè)計(jì)好的智能儀器儀表系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)、功能智囊團(tuán)和系統(tǒng)維護(hù)，是硬件設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。
１．ＥＭＩＴ技術(shù)與智能儀器儀表系統(tǒng)的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入
�。牛恚祝幔颍骞緞�(chuàng)立了ＥＴＩ（ｅＸｔｅｎｄ Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）擴(kuò)展Ｉｎｔｅｒｎｅｔ聯(lián)盟，并提出了ＥＭＩＴ嵌入式微型英特網(wǎng)互連技術(shù)，它是一種將單片機(jī)等嵌入式設(shè)備接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的技術(shù)，利用該技術(shù)，能夠?qū)ⅲ肝缓停保段粏纹瑱C(jī)系統(tǒng)接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，實(shí)現(xiàn)基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、智能控制、上傳下載數(shù)據(jù)文件等功能。
�。牛停桑约夹g(shù)包括以下核心技術(shù)：
ＥｍＭｉｃｒｏ：是駐留在嵌入式系統(tǒng)中的微型網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，ＥｍＭｉｃｒｏ集成電路到嵌入式系統(tǒng)中，使得網(wǎng)絡(luò)上的客戶機(jī)能夠控制和監(jiān)視嵌入式系統(tǒng)以及從中收集數(shù)據(jù)。ＥｍＭｉｃｒｏ針對(duì)微控制器有限的資源進(jìn)行了優(yōu)化，只占用系統(tǒng)很小的內(nèi)存（１Ｋ字節(jié)）資源和處理器資源。
�。牛恚危澹簦菏鞘骨度胧较到y(tǒng)和輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)（如ＲＳ－４８５、ＩＲ、ＲＦ和電力線等）進(jìn)行連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。同時(shí)，ＥｍＮｅｔ使得集成ＥｍＮｅｔ的嵌入式系統(tǒng)能夠和嵌入式微控制器網(wǎng)關(guān)ＥｍＧａｔｅｗａｙ進(jìn)行有效的通訊。
�。牛恚牵幔簦澹鳎幔ㄇ度胧轿⒖刂破骶W(wǎng)關(guān)）：是輕型設(shè)備網(wǎng)絡(luò)如ＲＳ－２３２、ＲＳ－４８５、ＣＡＮ、ＩＩＣ、Ｘ１０、ＲＦ等和大型高性能網(wǎng)絡(luò)如Ｉｎｔｒａｎｅｔ和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ等之間連接的橋梁。它是一個(gè)功能強(qiáng)大的客戶機(jī)，用于管理體制多個(gè)嵌入式系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ通信互連以及支持網(wǎng)絡(luò)瀏覽器。
監(jiān)于當(dāng)前的智能儀器儀表系統(tǒng)大多都是基于８位或１６位ＭＣＵ的，而ＥＭＩＴ僅占用系統(tǒng)１ＫＢｙｔｅｓ的存儲(chǔ)資源，因而該項(xiàng)技術(shù)不管是對(duì)于老儀器儀表系統(tǒng)的改造，還是構(gòu)建新的儀器儀表系統(tǒng)都具有奶強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和發(fā)展前景。目前已有眾多軟硬件廠商加入ＥＴＩ聯(lián)盟，大大推動(dòng)了ＥＭＩＴ技術(shù)的發(fā)展。
２．融合ＩＳＰ和ＥＭＩＴ技術(shù)的ＭＣＵ和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ外圍芯片
目前，美國ＣｏｎｎｅｃｔＯｎｅ公司、ｅｍＷａｒｅ公司、ＴＡＳＫＩＮＧ公司和國內(nèi)的Ｐ＆Ｓ公司等均提供基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的Ｄｅｖｉｃｅ－Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ的軟件、固件Ｆｉｒｍｗａｒｅ、和硬件產(chǎn)品。
Ｐｈｉｌｉｐｓ公司基于ＥＭＩＴ技術(shù)推出的ＸＡ－Ｇ４９是為提高Ｃ語言效率及多任務(wù)性能而設(shè)計(jì)的１６位擴(kuò)展結(jié)構(gòu)（ＸＡ）、實(shí)現(xiàn)Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入的微控制器，支持系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用內(nèi)編程（ＩＳＰＩＡＰ），能讓設(shè)計(jì)者在應(yīng)用程序運(yùn)行過程中改變代碼。將ＸＡ－Ｇ４９和ＣｏｎｎｅｃｔＯｎｅ公司的ｉＣｈｉｐ５６１ＡＤ－ＳＰ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ外圍芯片結(jié)合在一起，就職可以實(shí)現(xiàn)通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ遠(yuǎn)程升級(jí)固件和重構(gòu)系統(tǒng)。
�。校瑁椋欤椋穑蠊灸壳巴瞥龅闹С郑桑睿簦澹颍睿澹暨B接的ＭＣＵ還有８９Ｃ５１Ｒｘ２系列、５１ＬＰＣ系列（包括８７ＬＰＣ７６２、８７ＬＰＣ７６４和８７ＬＰＣ７６７等）等。
ＣｏｎｎｅｃｔＯｎｅ公司的ｉＣｈｉｐ（ｉＣｈｉｐ５６１ＡＤ ＳＰ）、ｉＭｏｄｅｍｉＭｏｄｅｍ ５０－２０４ｘ－０２和Ｐ＆Ｓ公司的ＷｅｂＣｈｉｐ都是基于ＥＭＩＴ技術(shù)、實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入的ＭＣＵＭＰＵ外圍芯片。
３．利用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件功能遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)重構(gòu)的ＦＰＧＡＣＰＬＤ
�。兀椋欤椋睿竞停牵铮粒瑁澹幔滠浖竞献鳎氏葘�(shí)現(xiàn)了Ｘｉｌｉｎｘ ＦＰＧＡＣＰＬＤ在裝配到現(xiàn)場后，可以通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程更新和動(dòng)態(tài)重構(gòu)。利用ＧｏＡｈｅａｄ公司的ＦｉｅｌｄＵｐｇｒａｄｅｒ技術(shù)和Ｘｉｌｉｎｘ公司的ＩＲＬ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ＲｅｃｏｎＦｉｇｕｒａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ）Ｉｎｔｅｒｎｅｔ在系統(tǒng)邏輯重配置技術(shù)，Ｘｉｌｉｎｘ公司ＦＰＧＡＣＰＬＤ的配置文件能夠通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、Ｉｎｔｒａｎｅｔ或ＶＰＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）自動(dòng)地下載到現(xiàn)場的ＦＰＧＡＣＰＬＤ系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)功能重構(gòu)和升級(jí)維護(hù)。
�。牵铮粒瑁澹幔涞慕鉀Q方案包括３個(gè)部分：ＧｏＡｈｅａｄ Ｄｅｖｉｃｅ ＳｔｕｄｉｏＴＭ、ＧｏＡｈｅａｄ Ｕｐｇｒａｄｅ ＡｇｅｎｔＴＭ 和ＧｏＡｈｅａｄ Ｕｐｇｒａｄｅ ＳｅｒｖｅｒＴＭ。
ＧｏＡｈｅａｄ Ｄｅｖｉｃｅ ＳｔｕｄｉｏＴＭ是用于配置ＧｏＡｈｅａｄ Ｕｐｇｒａｄｅ ＡｇｅｎｔＴＭ的開發(fā)環(huán)境，配置完畢后，ＧｏＡｈｅａｄ Ｕｐｇｒａｄｅ ＡｇｅｎｔＴＭ就嵌入在了目標(biāo)器件（如Ｘｉｌｉｎｘ的ＦＰＧＡＣＰＬＤ）中，用于創(chuàng)造和發(fā)布系統(tǒng)功能重構(gòu)的更新文件。
就當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展善來看，數(shù)字系統(tǒng)（ＣＰＵ、ＦＰＧＡＣＰＬＤ等）已基本上可實(shí)現(xiàn)器件級(jí)Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入以及基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的遠(yuǎn)程硬件功能重構(gòu)和系統(tǒng)升級(jí)。但模擬系統(tǒng)，如Ｌａｔｔｉｅｃ公司最近推出的ｉｓｐＰＡＣ系列產(chǎn)品則剛剛具有ＩＳＰ在系統(tǒng)可編程反復(fù)重配置能力，尚不具備Ｉｎｔｅｒｎｅｔ遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)能力，相信不久的將來，即可在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)革命性的突破，從而真正實(shí)現(xiàn)整個(gè)智能儀器儀表系統(tǒng)基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的器件級(jí)遠(yuǎn)程臨近，維護(hù)和通訊。
隨著半導(dǎo)體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，智能儀器儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法發(fā)生了革命性的變化，很多因素如ＩＰ Ｃｏｒｅ和基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的ＥＤＡ（如Ｘｉｌｉｎｘ的基于ＷＷＷ的ＷＥＢＰＡＣＫ ＣＰＬＤ開發(fā)系統(tǒng)）等的飛速發(fā)展下修正使以為中心的智能儀器儀表的設(shè)計(jì)和運(yùn)行環(huán)境加速形成。ＩＳＰ和ＥＭＩＴ技術(shù)正是推動(dòng)和修正進(jìn)這一變化的基礎(chǔ)，它們的實(shí)現(xiàn)為ＩＳＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｓｅｎｓｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ網(wǎng)絡(luò)傳感器技術(shù)）、ＨＶＡＣ（家庭環(huán)境自動(dòng)控制）、ＩＡ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｐｐｌｉａｎｃｅ信息家電）、環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)、智能小區(qū)管理、網(wǎng)絡(luò)化交通監(jiān)管等的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ化提供了技術(shù)保證。
----《通信世界報(bào)》
