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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)的設計往往需要用大量標準分聞器件來搭建。ｉｓｐＰＡＣ的出現(xiàn)，使得高集成度的精確模擬設計現(xiàn)在能夠通過一小塊單片ｉｓｐＰＡＣ芯片來實現(xiàn)，從根本上簡化和加速了模擬電路的設計、集成電路和配置，避免了采用傳統(tǒng)的ＡＳＩＣ芯片時的成本高、設計周期長的缺點，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系列產品包括ｉｓｐＰＡＣ１０、ｉｓｐＰＡＣ２０和ｉｓｐＰＡＣ８０等３種。
下面結合ｉｓｐＰＡＣ來討論ＩＳＰ技術在模擬系統(tǒng)設計中的應用。
一、ｉｓｐＰＡＣ的體系結構
利用ＩＳＰ技術，Ｌａｔｔｉｃｅ公司的ｉｓｐＰＡＣ產品支持３維可編程能力：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ（ＡｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＦｉｌｔｅｒｉｎｇ），Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ（ＧａｉｎＢａｎｄｗｉｄｔｈＯｆｆｓｅｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄｓ）和Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ）。即除了芯片內部物理級的互連線可編程外，其內每一個單元（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，就中以很容易地實現(xiàn)對芯片的快速編程、擦除和模擬電路功能及特性的重新配置。
�。桑螅穑校粒闷骷竟δ軉卧蔷哂刑厥饨Y構的ＰＡＣｅｌｌ組成模擬功能模塊ＰＡＣｂｌｏｃｋｓ，整個芯片由若干個ＰＡＣｂｌｏｃｋｓ構成。不需要電阻、電容等外圍部件，就可以實現(xiàn)諸如Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｇｉｌｔｅｒｉｎｇ、ＳｕｍｍｉｎｇＤｉｆｆｅｒｅｎｃｉｎｇ、ＧａｉｎＡｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ和Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ等基本模擬功能，同時還可以將這些基本模擬功能進行靈活的組合配置，設計出更復雜的模擬系統(tǒng)。
如利用ｉｓｐＰＡＣ８０，用戶可以在幾秒鐘內在一小片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
�。蹋幔簦簦椋悖骞荆椋螅穑校粒玫拈_發(fā)系統(tǒng)ＰＡＣ－Ｄｅｓｉｇｅｒ軟件為設計提供了圖形風格的用戶界面、軟件提供了模擬庫和電路宏生成器，并內置了模擬和驗證工具，可以在對芯片編程前對所設計院的模擬電路進行仿真，生成各種曲線報告因而大大簡化了設計實驗，節(jié)省了開發(fā)時間。
�。椋螅穑校粒猛ㄟ^Ｌａｔｔｉｃｅ公司的ｉｓｐＤＯＮＷＬＯＡＤ Ｃａｂｌｅ下載電纜實現(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)的設計與ＩＳＰ技術
數(shù)字邏輯系統(tǒng)設計的變革是從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)明了復雜在系統(tǒng)可編程邏輯器件（ＣＰＬＤ）。
目前，ＦＰＧＡＣＰＬＤ能夠實現(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)的設計，結合ＩＰ（Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）Ｃｏｒｅ（如ＵＳＢ Ｃｏｒｅ、ＰＣＩ Ｃｏｒｅ和ＤＳＰ Ｃｏｒｅ等）和功能強大的ＤＥＤＡ軟件可以構建出非常復雜的數(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技術制造的ＣＰＬＤ產品，最高可完成１萬門的數(shù)字邏輯系統(tǒng)的設計，目前有５Ｖ、３．３Ｖ和２．５Ｖ３個版本工作電壓，具有特殊的系統(tǒng)內編程（ＩＳＰ）能力，編程擦除的次數(shù)較其他公司的ＣＰＬＤ高１至２個數(shù)量級。ＸＣ９５００系列器件通過標準的４腳ＪＴＡＧ協(xié)議實現(xiàn)在系統(tǒng)內編程，它的擴展ＩＥＥＥ－１１４９．１邊界掃描指令集允許器件編程模式擴展和實現(xiàn)系統(tǒng)內診斷。
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）結合使用可以更靈活地實現(xiàn)ＩＳＰ在系統(tǒng)編程。
�。疲校牵痢NＣＰＬＤ技術，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，把邏輯分析儀的功能集成在了ＦＰＧＡ芯片內，大大簡化了數(shù)字邏輯系統(tǒng)的調試工作，還將逐漸將ＡＤ和ＤＡ等集成在單片ＦＰＧＡＣＰＬＤ內。隨著ＩＰ ＣＯＲＥ和ＶＨＤＬ硬件描述語言等的使用，數(shù)字邏輯系統(tǒng)的設計思想和方法也發(fā)生了革命性的變化。
四、結合ＩＳＰ和ＥＭＩＴ技術實現(xiàn)儀器儀表系統(tǒng)的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入
伴隨著網絡技術的飛速發(fā)展，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技術正在逐漸向工業(yè)控制和智能儀器儀表系統(tǒng)設計領域滲透。實現(xiàn)智能儀器儀表系統(tǒng)基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的通訊能力以及對設計好的智能儀器儀表系統(tǒng)進行遠程升級、功能智囊團和系統(tǒng)維護，是硬件設計的發(fā)展方向。
１．ＥＭＩＴ技術與智能儀器儀表系統(tǒng)的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入
ＥｍＷａｒｅ公司創(chuàng)立了ＥＴＩ（ｅＸｔｅｎｄ Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）擴展Ｉｎｔｅｒｎｅｔ聯(lián)盟，并提出了ＥＭＩＴ嵌入式微型英特網互連技術，它是一種將單片機等嵌入式設備接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的技術，利用該技術，能夠將８位和１６位單片機系統(tǒng)接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，實現(xiàn)基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的遠程數(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包括以下核心技術：
ＥｍＭｉｃｒｏ：是駐留在嵌入式系統(tǒng)中的微型網絡服務器，ＥｍＭｉｃｒｏ集成電路到嵌入式系統(tǒng)中，使得網絡上的客戶機能夠控制和監(jiān)視嵌入式系統(tǒng)以及從中收集數(shù)據(jù)。ＥｍＭｉｃｒｏ針對微控制器有限的資源進行了優(yōu)化，只占用系統(tǒng)很小的內存（１Ｋ字節(jié)）資源和處理器資源。
ＥｍＮｅｔ：是使嵌入式系統(tǒng)和輕量級網絡（如ＲＳ－４８５、ＩＲ、ＲＦ和電力線等）進行連接的網絡協(xié)議。同時，ＥｍＮｅｔ使得集成ＥｍＮｅｔ的嵌入式系統(tǒng)能夠和嵌入式微控制器網關ＥｍＧａｔｅｗａｙ進行有效的通訊。
�。牛恚牵幔簦澹鳎幔ㄇ度胧轿⒖刂破骶W關）：是輕型設備網絡如ＲＳ－２３２、ＲＳ－４８５、ＣＡＮ、ＩＩＣ、Ｘ１０、ＲＦ等和大型高性能網絡如Ｉｎｔｒａｎｅｔ和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ等之間連接的橋梁。它是一個功能強大的客戶機，用于管理體制多個嵌入式系統(tǒng)、標準的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ通信互連以及支持網絡瀏覽器。
監(jiān)于當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的存儲資源，因而該項技術不管是對于老儀器儀表系統(tǒng)的改造，還是構建新的儀器儀表系統(tǒng)都具有奶強的現(xiàn)實意義和發(fā)展前景。目前已有眾多軟硬件廠商加入ＥＴＩ聯(lián)盟，大大推動了ＥＭＩＴ技術的發(fā)展。
２．融合ＩＳＰ和ＥＭＩＴ技術的ＭＣＵ和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ外圍芯片
目前，美國ＣｏｎｎｅｃｔＯｎｅ公司、ｅｍＷａｒｅ公司、ＴＡＳＫＩＮＧ公司和國內的Ｐ＆Ｓ公司等均提供基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的Ｄｅｖｉｃｅ－Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ的軟件、固件Ｆｉｒｍｗａｒｅ、和硬件產品。
Ｐｈｉｌｉｐｓ公司基于ＥＭＩＴ技術推出的ＸＡ－Ｇ４９是為提高Ｃ語言效率及多任務性能而設計的１６位擴展結構（ＸＡ）、實現(xiàn)Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入的微控制器，支持系統(tǒng)內應用內編程（ＩＳＰＩＡＰ），能讓設計者在應用程序運行過程中改變代碼。將ＸＡ－Ｇ４９和ＣｏｎｎｅｃｔＯｎｅ公司的ｉＣｈｉｐ５６１ＡＤ－ＳＰ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ外圍芯片結合在一起，就職可以實現(xiàn)通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ遠程升級固件和重構系統(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。
�。茫铮睿睿澹悖簦希睿骞镜模椋茫瑁椋穑ǎ椋茫瑁椋穑担叮保粒� ＳＰ）、ｉＭｏｄｅｍｉＭｏｄｅｍ ５０－２０４ｘ－０２和Ｐ＆Ｓ公司的ＷｅｂＣｈｉｐ都是基于ＥＭＩＴ技術、實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入的ＭＣＵＭＰＵ外圍芯片。
３．利用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技術實現(xiàn)硬件功能遠程動態(tài)重構的ＦＰＧＡＣＰＬＤ
Ｘｉｌｉｎｘ公司和ＧｏＡｈｅａｄ軟件公司合作，率先實現(xiàn)了Ｘｉｌｉｎｘ ＦＰＧＡＣＰＬＤ在裝配到現(xiàn)場后，可以通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ對其進行遠程更新和動態(tài)重構。利用ＧｏＡｈｅａｄ公司的ＦｉｅｌｄＵｐｇｒａｄｅｒ技術和Ｘｉｌｉｎｘ公司的ＩＲＬ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ＲｅｃｏｎＦｉｇｕｒａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ）Ｉｎｔｅｒｎｅｔ在系統(tǒng)邏輯重配置技術，Ｘｉｌｉｎｘ公司ＦＰＧＡＣＰＬＤ的配置文件能夠通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、Ｉｎｔｒａｎｅｔ或ＶＰＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）自動地下載到現(xiàn)場的ＦＰＧＡＣＰＬＤ系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)功能重構和升級維護。
�。牵铮粒瑁澹幔涞慕鉀Q方案包括３個部分：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就嵌入在了目標器件（如Ｘｉｌｉｎｘ的ＦＰＧＡＣＰＬＤ）中，用于創(chuàng)造和發(fā)布系統(tǒng)功能重構的更新文件。
就當前的技術發(fā)展善來看，數(shù)字系統(tǒng)（ＣＰＵ、ＦＰＧＡＣＰＬＤ等）已基本上可實現(xiàn)器件級Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入以及基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的遠程硬件功能重構和系統(tǒng)升級。但模擬系統(tǒng)，如Ｌａｔｔｉｅｃ公司最近推出的ｉｓｐＰＡＣ系列產品則剛剛具有ＩＳＰ在系統(tǒng)可編程反復重配置能力，尚不具備Ｉｎｔｅｒｎｅｔ遠程聯(lián)網能力，相信不久的將來，即可在該領域實現(xiàn)革命性的突破，從而真正實現(xiàn)整個智能儀器儀表系統(tǒng)基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的器件級遠程臨近，維護和通訊。
隨著半導體技術、網絡技術、通訊技術和軟件技術的飛速發(fā)展，智能儀器儀表系統(tǒng)的設計思想和方法發(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計和運行環(huán)境加速形成。ＩＳＰ和ＥＭＩＴ技術正是推動和修正進這一變化的基礎，它們的實現(xiàn)為ＩＳＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｓｅｎｓｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ網絡傳感器技術）、ＨＶＡＣ（家庭環(huán)境自動控制）、ＩＡ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｐｐｌｉａｎｃｅ信息家電）、環(huán)境自動監(jiān)測、智能小區(qū)管理、網絡化交通監(jiān)管等的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ化提供了技術保證。
----《通信世界報》
