PSoC與FPGA的異同

kenson

PSoC與FPGA的異同

深入了解PSoC的整合性(Integration Ability)及可設計性(Programmability)之後，有不少讀者 來信詢問PSoC 是否接觸到FPGA的範疇，並希望進一步了解PSoC與 FPGA 的不同，因此本文將 為讀者們解答此問題。

究 竟P S o C 和 F P G A 有什麼不同？ FPGA(Field Programmable Gate Array)，是 一種可以讓使用者組成其數位功能的積體電 路，它跟PSoC 在整合性及可設計性這兩個特 點上是相似的，和提供固定電路功能的一般晶 片相比，PSoC 和FPGA都可以讓設計師任意配 置晶片中的數位資源，應產品需求添加，篩減 或更換數位邏輯元件。例如PSoC中的Counter、 Timer、PWM、UART、SPI等。

除此之外，PSoC和FPGA都有讓工程師可 以隨意更換輸入和輸出的PIN腳，讓PCB板的線 路配置以最簡便的方式完成。也因為PIN腳可 任意配置和晶片內容的可塑性，工程師的設計 在外人面前成了一個黑盒子，因而使得設計隱 密性獲得保護。這些都是PSoC及FPGA相似的 地方，也難怪一般人容易將它們搞混。

我們再來看看PSoC有別於FPGA之處。除 了剛才提到的可設計數位資源外，PSoC還有 FPGA沒有的特點：就是它可設計類比資源。 這個獨一無二的特點讓工程師能設計類比濾 波器和放大器，更能結合數位資源進而設計 ADC，DAC等轉換器，真正地實現一個集數位 和類比系統於大成的可設計化晶片。既然所有跟人接觸的系統介面都需要類比元件，FPGA 的設計可因與PSoC的結合得到革命性的突破。

PSoC 和 FPGA 可以相得益彰

值得一提的是，FPGA是專門為數位邏輯 設計的可程式晶片，通常會用於較大且較複 雜的數位計算(如電視主控晶片)，目的在取代 ASIC在系統中的主晶片地位。這類系統常常超 越PSoC應用的範疇。目前PSoC系列的應用最主 要在於較小型的嵌入式系統之應用(如馬達控 制或電容式感應控制)。正因為如此，PSoC和 FPGA常常可以相得益彰，達到互補的作用。以下即是一些PSoC和FPGA合作的例子。

BBFPGA的初始化
由於FPGA是一個可程式化的晶片，它的 工作狀態是由FPGA內記憶體中的程序來設置 的。著名的FPGA供應廠像Xilinx或Altera採用 SRAM來做片上的記憶體，暫時儲存設計好的 程式，當電源拔除時，FPGA將回復到空白的 初始階段，達到FPGA可再次被設計的功能。 這也表示，工程師需要在FPGA外接一個像 EEPROM或SPROM來永久儲存程序，然後在每 次工作時從EEPROM設定晶片中的SRAM。由於EEPROM的價格不斐，有時跟一個PSoC的價錢 差不多，而PSoC內的永久記憶體和可編成的 Pin腳，正可以模擬EEPROM或SPROM的功能， 在開機時對FPGA進行設定。

可程式化的類比功能
; m# b$ u7 s2 n7 _! L3 t由於FPGA沒有類比功能，如果工程師想 設計一個電容式觸控介面，一定會需要ADC、 放大器(Amplifier)等外接的類比元件。更因為 這些元件是固定功能的，從產品計畫初期到量 產階段，產品的規格可能會經過好幾番的修 改，工程師可能會面臨常常更改元件，並重新 設計的命運。PSoC的可程式化的類比功能就能 在此發揮效用。

美國安富利電子公司(Avnet)正因此為 FPGA及PSoC設計了一款評估板，結合了Xilinx 公司的Spartan 3A FPGA系列晶片，與Cypress公 司的PSoC CY8C24X94系列晶片，在強大的數 位運算上增添可靠的可程式化類比功能。

由於傳統的純FPGA設計屬於數位邏輯設計，較難涵蓋一些新奇有趣的人性介面，例如 電容式觸控按鍵、觸控式螢幕，或距離探測系 統(Proximity Detection)之類的應用。Cypress公 司也特別為這塊評估板設計了一個教學課程， 內容涵蓋了觸控按鍵，觸控滑條的設計及控 制，讓有興趣的學生和工程師能更快上手。 (圖1、圖2)

http://www.flag.com.tw/school/psoc/images/PSOC98_P15.jpg
$ N4 H) R# R- P7 r: V' A. Z% j/ |圖1　Cypress公司在網路上的一系列教學課程。

http://www.flag.com.tw/school/psoc/images/PSOC98_P16.jpg
/ i) b2 a8 {# j9 U: q: }4 `& n) Y  S圖2　Spartan 3A 評估板。

從8051走入PSoC

了解PSoC和FPGA的異同後，我們再簡單 的看看PSoC和傳統單晶片的不同。在台灣，很 多人都熟悉8051的單晶片核心，也一定記得 要找一顆符合自己需求的單晶片，是一件多麼 麻煩的事，因為市面上所有的單晶片都會先把 核心周圍的數位或模擬元件配置好。工程師只 能依自己的需求，希望能在單晶片廠商的產品 目錄中，找到一顆比較適合的單晶片。要是從 產品計畫初期到量產階段，產品的規格又經過 好幾番的修改，或者是學習單晶片的學生，想 在課程專題中多添加些自己的巧思，重新選擇 晶片，並大費周章地修改版圖，這可是一件惱 人的大工程。PSoC可設計的內建數位及模擬資 源，即是Cypress為這個難題開發的解決方案。

小結

PSoC可以說是結合傳統MCU簡而易懂和 FPGA可設計數位資源的優點，更加入了可設 計模擬資源的創新，為學生及工程師提供了 最好的設計方案。

phimas

这两个差的还是有点远啊，psoc只不过里面有个小的逻辑可配置单元。和FGPA差得远着呢