基于FPGA的盲人小助手障碍物识别系统设计(3)
2.4 系统方案论证和选择
为了达到前文对设计的要求，设计前应先对设计中的一些重要环节的设计思路进行选择。其中测距方式以及系统的中心处理芯片都需要提前选择。
提到测距，首先想到的就是超声波测距、红外测距与激光测距。这三种测距方法广泛的应用于我我们的日常生活中，测距理论以及相应的传感器的发站也已经相当完善。因此这三种测距方法都具有可实现性。但是相对于超声波测距，红外与激光测距虽然在测距精度上有较大幅度的提升，其成本和能耗却也高于超声波。由于本设计用于日常生活中对障碍物的测距，因此对测距的精度要求不高。即使设计失误，存在高达10CM的误差，也不会影响到行走中对障碍物的回避。因此选择相对成本低廉的超声波测距原理进行系统的设计。
选择好基本原理，下面需要确定实现它的器件。随着集成电路的发展，设计者可以方便的获得多种不同的符合需要的器件进行设计。例如本设计就可以选择FPGA、CPLD或者单片机进行设计。CPLD的结构本身存在局限性，含有的逻辑单元也少于FPGA。虽然它在安全性与稳定性上都强于FPGA，但FPGA更适合完成本设计这样的时序逻辑。单片机将计算机的功能集成到一个小小的芯片里，论功能强于FPGA，但本设计中并不需要进行复杂的逻辑运算，因此不需要选择单片机进行设计。综合考虑设计的要求与需要完成的算法的复杂程度，本设计选择FPGA作为硬件中心。
3 硬件设计
3.1 可编程逻辑器件
3.1.1 FPGA可编程逻辑器件介绍
FPGA，即现场可编程门阵列（Field－Programmable Gate Array），是即PAL、GAL、CPLD等可编程器件之后又一种新的可编程器件，FPGA是一个含有可编辑元件的半导体设备，可供使用者现场程序化的逻辑门阵列元件。FPGA是属于ASIC范畴中的一种半定制电路。FPGA相比于之前的器件，更加灵活，方便设计者根据自己的需要进行设计，同时相比于CPLD，它的门电路数量更多，能够实现更加复杂的设计。
FPGA的一个突出的优势在于能够反复使用。每一次使用时，在加电后都必须重新向RAM写入数据，这些数据一般都储存在EPROM中，完成后ＦＰＧＡ根据收到的数据开始工作。工作结束后，只需切断电源，ＦＰＧＡ内的逻辑关系就会消失，下次使用时又可以写入新的程序。相比于其他的器件，虽然安全性下降了，但灵活性大大提升，非常适合进行周期短、调试多的设计。另一方面，由于数据通过ＲＯＭ进行周转，因此不需要专门为ＦＰＧＡ设计编程软件，只需使用通用的对ＲＯＭ编程器即可。因此ＦＰＧＡ要实现不同的功能只需少许改变外设，再进行对应的编程即可，大大降低了研发成本。采用FPGA设计专用集成电路，用户不需要投片生产，就能得到适合的芯片。FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚，可以适应相对复杂的编写。
为了实现灵活的设计，FPGA将各功能部分划分为独立的模块。这种设计一方面方便设计，节省空间；另一方面要改变FPGA的参数以适应新的功能时只需要升级所需要的部分就能够设计出新的，合用的芯片。
1．可编程输入输出单元（IOB）
可编程输入/输出单元主要完成FPGA芯片与外界色数据交换功能，能够实现对不同规格的信号的匹配和驱动，也能够适应不同的I/O标准。对不同信号的适应功能主要依赖软件进行配置，可以按要求调整I/O物理特性，比如驱动电流，上下拉电阻，频率等。那么，同样的接口是如何适应不同的功能的呢？设计者将FPGA的I/O划分为更小的单位：组。每一个组的接口电压都可以不同，这决定了它的接口标准。若要使用多个组实现同一种工作时，只需将接口电压设为相同，就可以实现端口的连接。
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