过多的传感器 - FPGA在智能手机设计中的应用

　　过多的传感器

　　在一个手机中，没有比传感器更好的例子来说明我们所描述的情况。拨打电话完全不需要用到传感器，它最初只用于简单的功能，如基于环境光调整显示器的背光。但传感器提供了许多有关手机周围环境的信息，这些信息可以在许多不同场合使用。因此，越来越多的传感器被添加到智能手机中：今天的智能手机可能会有十几到二十几个不同的传感器。

　　然而，这对设计师提出了一个问题：如何处理这些来自传感器的信息?显而易见的答案是将传感器输出输入到应用处理器，但处理器通常没有传感器所需的那么多 I2C 或 SPI 端口。这意味着需要寻找一些其他方式复用或使用通用的 I/O(往往表现欠佳)来处理过多的传感器输出。

　　但是现在面临挑战是：一个手机的体积是很小的，空间是需要重点考虑的问题——甚至比功率更重要。你不能只是把多个分立元件放进手机来增加传感器的数量。如果现在只有其他非消费类的系统，那么显而易见的解决方案是使用 FPGA。但是，根据以往的经验，没有人会将 FPGA 用在手机中：它们太大、太昂贵又太耗电。并且因为大多数 FPGA 是为许多无需考虑这些限制因素的应用而设计的。但是现在，你会发现越来越多的 FPGA 专门针对小尺寸、低价、功耗敏感的消费电子设备——特别是智能手机而设计。这些应用处理器的新伙伴，可用于未来新的硬件发布——如带有几十个传感器，和目前应用处理器所能实现的功能之间的衔接。

　　智能手机中的 FPGA

　　传感器管理是一个很好的例子，可以说明如何使用一款应用处理器的好伙伴，今天就能获得明天的 SoC 的功能。其中需要解决的最根本问题是传感器的数量和应用处理器上可用端口数量之间不匹配的问题。

　　例如，Qualcomm 的基带处理器——如 MSM8X55——最多只能处理 3 个 I2C 输入。今天的智能手机至少有三个定位传感器——加速度计、陀螺仪和指南针——以及触摸屏和电池监测器。比如为了吸引更多的健身爱好者，可能要添加心跳速率和流汗监测器以及一个海拔高度表(用于远足爱好者)。触摸屏必须有自己的输入，所以在其他传感器工作时，不会错过任何触摸事件。这意味着所有其他的传感器要共享剩下的两根 I2C 总线。

　　可以对一个应用处理器伙伴编程，添加更多的 I2C 主控，并且可以连接传感器和Qualcomm 的外部总线接口(EBI2)。如图 2 所示，所有的 I2C 功能的处理都在应用处理器伙伴中实现，然后传感器输出缓存在 FIFO 中，并通过高速 EBI2 接口与应用处理器通信，无需再使用任何 I2C 端口。