硅晶片融合技術(shù)助力　SoC FPGA設(shè)計(jì)架構(gòu)脫穎而出(一)

　　但是，更高的整合度也意味著以前由系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員所做出的決定，現(xiàn)在是由晶片設(shè)計(jì)人員來完成，系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)的創(chuàng)新會(huì)越來越少，也不太容易突出產(chǎn)品優(yōu)勢。更重要的是，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員要能夠理解晶片設(shè)計(jì)人員的思路，同時(shí)還可以自由地突顯自己產(chǎn)品的優(yōu)勢。

　　根據(jù)應(yīng)用分類　采用對應(yīng)方式

　　目前俄羅斯電子市場很多最重要的應(yīng)用都符合某種模式，包括視訊監(jiān)控、無線和有線通訊，以及高階工業(yè)控制等。在這些應(yīng)用中，系統(tǒng)收集寬頻訊號，處理這些訊號以提取出資料，進(jìn)行大運(yùn)算量的分析，做出判斷，然后實(shí)施判斷。

　　例如，監(jiān)控系統(tǒng)須要處理來自攝影機(jī)的1，080條逐行掃描視訊。系統(tǒng)對視訊串流進(jìn)行處理、增強(qiáng)邊緣、識別出目標(biāo)，最后分離出感興趣的目標(biāo)。此一處理過程通常使用標(biāo)準(zhǔn)化，雖然相對簡單，但是需要大運(yùn)算量的演算法。

　　在下一階段，處理單元的目標(biāo)分析功能將更強(qiáng)大，例如探測是否有入侵，或識別出某些特定的人。這些演算法可能是專用的，會(huì)經(jīng)常變化。最后經(jīng)過分析，確定目前的狀態(tài)是否須要觸發(fā)警鈴、鎖閉大門，或者向公共安全機(jī)構(gòu)發(fā)出警報(bào)。
以軟體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能易被復(fù)制

　　設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)採用叁種不同的途徑來實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)。第一種途徑最初是透過運(yùn)行在微處理器上的軟體來實(shí)現(xiàn)，最近，則採用特定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（ASSP），或者功能強(qiáng)大的32位元微控制器。

　　設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對軟體進(jìn)行除錯(cuò)、確定演算法，然后檢查系統(tǒng)性能。如果任務(wù)運(yùn)行太慢，設(shè)計(jì)人員會(huì)將其移動(dòng)到獨(dú)立的中央處理器（CPU）上?；蛘撸绻袛?shù)位訊號處理（DSP）核心等合適的加速器，IC上有向量處理器，則將其移動(dòng)到加速器上，進(jìn)而對其進(jìn)行加速。當(dāng)所有的任務(wù)滿足其時(shí)序要求后，可以在功能、時(shí)序和功率消耗上對系統(tǒng)進(jìn)行最終的驗(yàn)證。

　　在監(jiān)控實(shí)例中，系統(tǒng)控制軟體會(huì)運(yùn)行在一顆CPU核心上。標(biāo)準(zhǔn)影像處理演算法可以運(yùn)行在DSP核心標(biāo)準(zhǔn)函式庫的程式上，還可以手動(dòng)編寫更復(fù)雜的專用演算法，在所有可用CPU核心并存執(zhí)行。

　　這種設(shè)計(jì)方法有很大的優(yōu)勢。其重點(diǎn)一直是軟體，也就是系統(tǒng)功能。由于大部分系統(tǒng)功能體現(xiàn)在軟體上，因此當(dāng)出現(xiàn)問題或須要進(jìn)行改動(dòng)時(shí)，就比較容易對系統(tǒng)進(jìn)行修改。

　　但是，透過CPU或DSP核心上的軟體來執(zhí)行一種演算法，是最慢而且最耗損效能的方法。因此，對于性能或效率要求較高的系統(tǒng)，以軟體為中心的方法并不是最佳方法。系統(tǒng)不同的特性體現(xiàn)在軟體上，因此有同樣硬體的競爭對手很容易復(fù)製這些軟體，或者軟體有可能被敵方所利用。

　　以硬體當(dāng)作解決方案　設(shè)計(jì)彈性差

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的另一種方法是直接根據(jù)系統(tǒng)要求來開發(fā)硬體設(shè)計(jì)，同時(shí)編寫在此一硬體上運(yùn)行的軟體。這是開發(fā)大部分特殊應(yīng)用積體電路（ASIC）所採用的方法。一開始，系統(tǒng)規(guī)劃人員確定需要哪些CPU、加速器、記憶體和控制器，把這些需求告訴晶片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，由他們來開發(fā)ASIC。

　　在實(shí)例系統(tǒng)中，規(guī)劃人員可以選擇一對安謀國際（ARM）核心來運(yùn)行系統(tǒng)軟體，授權(quán)協(xié)力廠商影像處理引擎來處理最初的影像處理任務(wù)，在進(jìn)程最后，針對復(fù)雜演算法設(shè)計(jì)訂製韌體編寫DSP管線程式碼。當(dāng)進(jìn)行IC設(shè)計(jì)時(shí)，軟體團(tuán)隊(duì)會(huì)針對設(shè)計(jì)中完全不同的叁種引擎來使用叁組程式設(shè)計(jì)和除錯(cuò)工具。

　　以硬體為中心的方法有很大的優(yōu)勢。在所有方法中，它能夠?qū)崿F(xiàn)最大系統(tǒng)速率及最高功能效率。但這需要熟練的IC設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，且在高階製程節(jié)點(diǎn)，投入也會(huì)很大。而且，一旦設(shè)計(jì)好ASIC，就很難修改硬體或改正錯(cuò)誤，也很難應(yīng)對需求的變化，此一過程會(huì)很慢而且成本很高。軟體方案能夠節(jié)省時(shí)間，但是犧牲了ASIC方法的優(yōu)點(diǎn)--速度和功率消耗。

　　因此，雖然在理論上以硬體為中心的方法最適合對性能和功率消耗要求較高的設(shè)計(jì)，但在實(shí)際情況下，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)只有在預(yù)期會(huì)有很大的銷售量能夠滿足成本要求，降低風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，或者他們知道系統(tǒng)硬體在產(chǎn)品生命週期過程中不會(huì)有太大的變化時(shí)，才會(huì)開發(fā)ASIC。實(shí)際上，面臨關(guān)鍵設(shè)計(jì)難題的團(tuán)隊(duì)很難實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)IC設(shè)計(jì)時(shí)，通常會(huì)放棄ASIC方法，轉(zhuǎn)而購買與系統(tǒng)IC設(shè)計(jì)功能相近的ASSP。