FPGA中的處理器概述

可編程邏輯業(yè)對(duì)微處理器核的報(bào)道層出不窮，包括與ARM和MIPS的協(xié)議，這些討論已經(jīng)持續(xù)了數(shù)年。然而，討論的主題大體上沒(méi)什么改變，諸如采用硬核還是軟核?采用供應(yīng)商的特定標(biāo)準(zhǔn)還是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?這些核如何用來(lái)全方位地支持生態(tài)系統(tǒng)?如何根據(jù)成本、功耗和性能來(lái)選擇微處理器?如何根據(jù)應(yīng)用來(lái)選擇核?

　　嵌入式微處理器的情況也沒(méi)有太大的改變：設(shè)計(jì)人員可以選擇供應(yīng)商的特定軟核，例如萊迪思的LatticeMico32(圖1)、Altera的Nios II和Xilinx的MicroBlaze(目前沒(méi)有供應(yīng)商提供硬核)。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面，現(xiàn)有ARM公司的軟核和PowerPC硬核。

　　設(shè)計(jì)人員對(duì)于IP 的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都十分清楚。供應(yīng)商特定的軟核提供良好的成本和性能優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兪轻槍?duì)供應(yīng)商的特定FPGA而優(yōu)化的。然而，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的核雖然沒(méi)有像軟核那樣有效或節(jié)約成本，但聲稱(chēng)擁有全方位的支持，以及擁有多年來(lái)設(shè)計(jì)人員所熟悉的用于ASIC或分立處理器設(shè)計(jì)的工具。不過(guò)，像LatticeMico32那樣的軟核在技術(shù)上也很有優(yōu)勢(shì)(不僅僅擁有核，還有構(gòu)建平臺(tái)的工具)，還有可用于任何ARM或MIPS發(fā)布的用FPGA實(shí)現(xiàn)的軟核。

　　傳統(tǒng)理論認(rèn)為，使用軟核是一種避免微處理器過(guò)時(shí)的方法，而硬核(相對(duì)于軟核而言)具有低成本、低功耗和更高的性能(但不靈活)的特點(diǎn)。然而，通常認(rèn)為硬核有風(fēng)險(xiǎn)：他們占用了空間，對(duì)不需要使用他們的客戶(hù)來(lái)說(shuō)增加了成本，如果隨后需要這個(gè)硬核能夠提供更高性能的處理，那么很快會(huì)出現(xiàn)過(guò)時(shí)的情況。

人們通常按習(xí)慣做事，但是傳統(tǒng)的知識(shí)是隨著時(shí)代而變化的(或者更確切地說(shuō)，是隨著技術(shù)而變化的)。隨著穩(wěn)步發(fā)展的更小的芯片尺寸，現(xiàn)在FPGA結(jié)構(gòu)之中的硬核和軟核只占用很小的空間，實(shí)際上對(duì)一個(gè)更大的FPGA而言并沒(méi)有增加成本。

　　反復(fù)的討論表明，硬核相對(duì)于軟核、專(zhuān)門(mén)供應(yīng)商與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式微處理器之間的爭(zhēng)論，目前仍沒(méi)有任何明確的“贏家”。

　　最感興趣的是了解FPGA中處理器的使用已與以下三大類(lèi)別之一的相同：

　　● 以前的ASIC /片上系統(tǒng)(SoC)是針對(duì)FPGA的。他們的微處理器核的應(yīng)用是最少的，而且也是最苛刻的。對(duì)于SoC而言，功能更強(qiáng)大的核是非常重要的，因?yàn)槭褂矛F(xiàn)有的軟件應(yīng)用代碼，可以證明這些將針對(duì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)處理器的硬核。

　　● 分布式計(jì)算。對(duì)于這些應(yīng)用， FPGA將有專(zhuān)門(mén)的處理引擎，在電路板上具有與FPGA分開(kāi)的高速處理器。在這種情況下，F(xiàn)PGA本身并不需要先進(jìn)的處理器性能。

　　● 低性能處理。在這些應(yīng)用中，性能較低的處理器的功能添加至FPGA，會(huì)增加一點(diǎn)成本或?qū)Τ杀緵](méi)有影響。大多數(shù)在FPGA中使用處理器的應(yīng)用將繼續(xù)歸為這一類(lèi)。

　　可以很肯定地說(shuō)，目前期望FPGA廠(chǎng)商提供嵌入式微處理器核、工具、外圍設(shè)備和其他的IP、互連的IP、參考設(shè)計(jì)和基于這些核實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的庫(kù)(所有這些可縮寫(xiě)為“處理器的IP”)?？傊⑻幚砥骱艘呀?jīng)從“可選”到“標(biāo)準(zhǔn)”的FPGA設(shè)備，處理器IP的重要性從來(lái)沒(méi)有像現(xiàn)在那么突出。