學(xué)嵌入式從哪開始_FPGA發(fā)展新趨勢：融合與互補(bǔ)

小嵌

學(xué)嵌入式從哪開始_FPGA發(fā)展新趨勢：融合與互補(bǔ),   

　　核心提示：隨著FPGA技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，使RISC處理器與FPGA集成、兩種系統(tǒng)的融合與優(yōu)化、FPGA與ARM核結(jié)合實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)成為新一代FPGA的發(fā)展趨勢。

　　如今，F(xiàn)PGA技術(shù)正處在高速發(fā)展時(shí)期，芯片規(guī)模越來越大，集成度越來越高，速度不斷提高，性能不斷提升，功耗也越來越低。FPGA憑借其強(qiáng)大的并行信號處理能力，在應(yīng)對控制復(fù)雜度低、數(shù)據(jù)量大的運(yùn)算時(shí)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。但是在復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)上，F(xiàn)PGA卻遠(yuǎn)沒有32位精簡指令集計(jì)算機(jī)（RISC）處理器靈活方便，所以在設(shè)計(jì)具有復(fù)雜算法和控制邏輯的系統(tǒng)時(shí)，往往需要RISC和FPGA結(jié)合使用。這樣，電路設(shè)計(jì)的難度也就相應(yīng)地增加。

　　RISC和FPGA結(jié)合成發(fā)展趨勢

　　RISC處理器與FPGA集成，減小了硬件電路的復(fù)雜性和體積，降低了功耗，提高了可靠性。

　　FPGA技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新使RISC處理器與FPGA集成，從而大大減小了硬件電路復(fù)雜性和體積，同時(shí)也降低了功耗，提高了系統(tǒng)可靠性，兩種系統(tǒng)的融合與優(yōu)化成為新一代FPGA的發(fā)展趨勢。

　　2010年，F(xiàn)PGA廠商Xilinx和Altera先后聯(lián)手英國ARM公司瞄準(zhǔn)下一代消費(fèi)電子、汽車及工業(yè)電子應(yīng)用領(lǐng)域，推出了各自的FPGA內(nèi)嵌ARM硬核嵌入式處理器架構(gòu)。與傳統(tǒng)嵌入式微處理器概念不同，基于ARM的FPGA單片系統(tǒng)通過內(nèi)部高速總線有效的提升系統(tǒng)間信號傳遞的速度與穩(wěn)定性，擺脫了PCB布線線寬對信號帶寬的限制。在降低PCB布局布線復(fù)雜程度的同時(shí)，極大程度地縮小了芯片尺寸。作為高性能、低成本協(xié)處理器的最佳選擇，F(xiàn)PGA為處理器提供了硬件加速的空間。同時(shí)，F(xiàn)PGA龐大的可編程邏輯資源與靈活的可重配置能力使系統(tǒng)級芯片可以在內(nèi)部進(jìn)行軟、硬件升級，解決了由升級系統(tǒng)功能帶來的更換外部設(shè)備帶來的成本問題。

　　作為邁入嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的第一步，Altera和Xilinx（賽靈思）都成功地將片上系統(tǒng)硬核融入可編程邏輯。其中Xilinx僅與ARM合作，而Altera則提供更多嵌入式硬核的種類。然而兩種系統(tǒng)的組合均可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行優(yōu)化與裁剪。Altera和Xilinx在2011年提出了以ARM為核心的可擴(kuò)展式處理器平臺。其中可編程邏輯僅作為可訪問硬件資源被集成在ARM系統(tǒng)中。較以往的ARM處理器，這種可拓展式的嵌入式平臺具有動(dòng)態(tài)配置可編程邏輯的功能，可在需要時(shí)提升處理器速度，擴(kuò)展處理器緩存容量。在FPGA與ARM系統(tǒng)接口方面，賽靈思提出的帶有可編程邏輯的ARM系統(tǒng)解決了將FPGA嵌入ARM核方案中遇到的帶寬問題。