工业系统一般都以升级的设计方案为基础，这些设计方案在大都采用ASIC或者ASSP，有时也需要依靠更传统的电子设备如微控制器或微处理器、离散数字和模拟设备以及内存芯片等。但每一次无论是推出新品还是对产品进行升级，一旦需要新的特征、功能或者改进，设计人员都必须从零做起。 ASIC和ASSP设计方法为工业产品设计提供了固定平台，但是其成本昂贵，开发时间长，而且很难实现产品差异化。如果使用传统的离散器件，在目前整个工程设计领域都在呼吁更大的设计灵活性、产品差异化和更低设计成本的情况下，显然不具备任何设计优势。 ASIC、ASSP和传统的芯片式设计无法满足新一代工业系统的需求。新的工业应用需要可灵活定制的硬件和软件平台、性能更高的数字信号处理(DSP)、更短的产品开发周期、更低的设计成本和更快的上市速度。 FPGA曾被归类到胶合逻辑，但目前具备了高端和高集成功能，能提供很多设计上的优势。 基于FPGA的可编程平台给工业系统设计者们提供了快速低成本产品创新和进化的基础。FPGA的灵活性带来了一个独特方法，让设计者可以创建一个硬件设计方案作为多种不同产品的基础，从而降低设计和制造成本。这一点是完全可能的，因为使用FPGA的可编程平台让他们可以通过设计重编程来快速开发新的特征或功能。 设计者们还能以最小的工程量来设计新功能或者进行设计升级，以面对不断改变的市场需求和标准。另外，即便是已在工厂车间使用的工业产品，都能借助FPGA进行升级。 另外，这样的一个平台设计策略可以实现更大的产品差异化，并可能提高利润。它让工业系统能携新特征更快上市，同时又在用户面前保住了品牌，并进一步降低了某个产品设计被废弃的风险。 产品废弃会给工业系统OEM产生极高的硬件成本，有时甚至高达数百万美元。据估计工业系统OEM平均要花费15％－20％的工程时间来重新设计系统的功能并更新文件。 FPGA就能帮助OEM减轻这一沉重负担。FPGA设备可以完美适用于各种工业应用领域，包括安保系统、工业自动化、控制系统、现场测量、开关和控制装置、环境和楼宇控制、马达控制等。无论是在性能还是在价格方面，它们都能够满足这些以及其它成本敏感型工业应用的要求。FPGA能集成各种工业现场总线标准，例如Profinet, Sercos III, Cip Synch, Ethernet-PowerLink, Ethernet IP和EtherCat等，这充分显示出它给设计者带来的非凡的灵活性。这些不同的标准原本需要大量不同的适配卡，每张卡都专用于某个标准。而且生产这些适配卡要耗费很大的工作量，并需要很多离散元件。 在这种情况下，就可以使用一个FPGA设备来集成各种不同的现场总线标准，从而不需要开发如此多的适配卡，自然也就节省了成本。它只需要物理接收器来使电器特征和专用现场总线相匹配。 FPGA可以在系统生产的过程中进行编程，为某个特定的现场总线提供量身定做的电子设备。另外，FPGA也可以通过现场重编程来轻松执行某个标准的新规范。FPGA还能用于过程控制和工厂自动化。在这些工业设计中，FPGA结合IP内核，可以降低开发成本、提高设计灵活性并缩短开发周期。 像Cyclone II等FPGA，都带有一个32位的Nios II嵌入式处理器，能给工业设计者带来高效和灵活性，以添加应用外围设备并实现所需的内核性能。设计者可以对成本和性能作出权衡，既可以设计一个低端低成本的从系统，也可以设计一个处理器内核与速度及所需外围设备完美匹配的高端高性能的系统。 过程控制系统对制造环境进行监控，并依据用户设定的限制对过程和制造流程进行控制。典型的过程控制系统都会使用一个像激光二极管这样的测量装置来检测工业环境中的气体或者液体成分。某种气体或液体的频率信号频率信号被发送到接收器，接收器将之转化成数字信号，接着由处理器进行鉴定。下一步，主控制器和自动化系统会利用该鉴定信息来执行系统任务。如图1，FPGA中的嵌入式处理器控制系统，而能匹配IP内核的FPGA则执行Ethernet媒体访问控制(MAC)功能、一个控制控制器局域网(CAN)的控制器接口、UART和内部集成电路总线控制器接口。  图1：FPGA式过程控制应用图 |
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