智能手机传感器管理，FPGA比AP+MCU方案功耗低10倍

从屏幕旋转、运动检测、数字罗盘和3D游戏，到增强实境(AR)、数码影像防抖技术、定位服务(LBS)、室内及多楼层盲区导航功能，以加速度计、陀螺仪、气压计为代表的传感器正在智能互联时代扮演着重要的角色。因此，对智能手机设计者而言，一个显而易见的挑战是，如何管理手机中迅速增加的传感器？

有限的资源

利用手机应用处理器，或是以MCU/ASSP/ASIC为核心的“Sensor Hub”对传感器进行管理的做法并不新鲜。但Lattice公司消费类移动电子产品市场部经理Subra Chandramouli认为，每添加一颗传感器，有限的系统GPIO资源就会成为阻碍设计者前行的第一颗“绊脚石”；其次，不同的传感器带来了特定接口的要求，从而对AP或MCU可以支持的传感器数目带来了限制，增加了设计的复杂性并延长了产品开发过程；第三，由于传感器的绝对数量在增加，它们在不断收集时间敏感型数据的过程中，使得AP成为系统功耗的最大消耗者之一。

为了解决这些限制，并应对不断增长的功耗、成本和尺寸目标，在多传感器的移动电子产品设计中，一些智能手机开发人员开始放弃传统意义上将传感器连接至AP/MCU的做法，转而选择使用专门针对移动应用进行了优化的低密度现场可编程门阵列(FPGA)产品，从消耗大量功耗的应用处理器中分离传感器管理功能。Lattice日前宣布推出的超低密度iCE40LM FPGA就是一例。

灵活的方案

iCE40LMFPGA带有选通信号发生器硬IP、I2C和SPI接口，通过采用25-ball/16-ball WLCSP(晶圆级芯片)封装技术，iCE40LM系列最小的封装尺寸仅为1.4mmx1.48mmx0.45mm。它在单芯片集成了许多先进的功能，如：IrDA、条码仿真、呼吸LED、以及可用于添加用户自定义功能的逻辑。更重要的是，iCE40LM系列工作模式下的功耗低于1mW，采用iCE40LM FPGA方案比传统单AP方案的功耗降低约100倍，比AP+MCU相结合的设计功耗低10倍。

iCE40LM传感器管理解决方案的功耗降低了几个数量级

Subra Chandramouli表示，通过采用低密度FPGA产品作为传感器连接枢纽，设计师可从移动设备的计算核心中将计算密集型传感器管理功能进行有效分离，不但速度比协处理器和ASSP快，还大大减少了功耗和电路板面积。巨大的设计灵活性据称是此类产品带给设计师的另一大优势。

此外，由于FPGA每个I/O是可配置的，通过FPGA输入的任何形式接口，设计人员都可以很容易地改变设计方案用以支持新的接口需求。Lattice方面认为，这种新的自由方式使设计师能够迅速而轻松地交换具有不同性能的传感器，不必理会它们的接口要求，无需担心改变在处理器子系统中的代码或重做电路板。在产品设计早期锁定的应用处理器和FPGA枢纽之间的接口，在设计过程中仍可做出重大修改，且不会影响产品开发计划。

同样重要的是，这种新的方法给功耗带来了相当的益处。在过去的二十年中，典型的FPGA静态功耗急剧下降，从0.5W降低到如今的低于50μW。因此，作为一个事件驱动的系统，基于FPGA的枢纽可以即时响应传入的传感器数据，并有效地减轻应用处理器耗时的传感器管理和控制操作的负荷。

作为一个例子，下面的框图说明了在最近的手机设计使用ICE40 FPGA的应用。通过从应用处理器分离时序严格的“检测、决定，验证”功能，该应用实现了I/O扩展和多传感器管理应用，有助于减少应用处理器的运行时间和降低功耗。

在手机设计中采用Lattice iCE40LM实现I/O扩展和多传感器管理应用