FPGA中的處理器概述

可編程邏輯業(yè)對微處理器核的報道層出不窮，包括與ARM和MIPS的協(xié)議，這些討論已經(jīng)持續了數年。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?采用供應商的特定標準還是行業(yè)標準?這些核如何用來(lái)全方位地支持生態(tài)系統?如何根據成本、功耗和性能來(lái)選擇微處理器?如何根據應用來(lái)選擇核?

　　嵌入式微處理器的情況也沒(méi)有太大的改變：設計人員可以選擇供應商的特定軟核，例如萊迪思的LatticeMico32(圖1)、Altera的Nios II和Xilinx的MicroBlaze(目前沒(méi)有供應商提供硬核)。在行業(yè)標準方面，現有ARM公司的軟核和PowerPC硬核。

　　設計人員對于IP 的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都十分清楚。供應商特定的軟核提供良好的成本和性能優(yōu)勢，因為它們是針對供應商的特定FPGA而優(yōu)化的。然而，工業(yè)標準的核雖然沒(méi)有像軟核那樣有效或節約成本，但聲稱(chēng)擁有全方位的支持，以及擁有多年來(lái)設計人員所熟悉的用于A(yíng)SIC或分立處理器設計的工具。不過(guò)，像LatticeMico32那樣的軟核在技術(shù)上也很有優(yōu)勢(不僅僅擁有核，還有構建平臺的工具)，還有可用于任何ARM或MIPS發(fā)布的用FPGA實(shí)現的軟核。

　　傳統理論認為，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，通常認為硬核有風(fēng)險：他們占用了空間，對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 )出現過(guò)時(shí)的情況。

人們通常按習慣做事，但是傳統的知識是隨著(zhù)時(shí)代而變化的(或者更確切地說(shuō)，是隨著(zhù)技術(shù)而變化的)。隨著(zhù)穩步發(fā)展的更小的芯片尺寸，現在FPGA結構之中的硬核和軟核只占用很小的空間，實(shí)際上對一個(gè)更大的FPGA而言并沒(méi)有增加成本。

　　反復的討論表明，硬核相對于軟核、專(zhuān)門(mén)供應商與行業(yè)標準的嵌入式微處理器之間的爭論，目前仍沒(méi)有任何明確的“贏(yíng)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(SoC)是針對FPGA的。他們的微處理器核的應用是最少的，而且也是最苛刻的。對于SoC而言，功能更強大的核是非常重要的，因為使用現有的軟件應用代碼，可以證明這些將針對行業(yè)標準處理器的硬核。

　　● 分布式計算。對于這些應用， 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，FPGA本身并不需要先進(jìn)的處理器性能。

　　● 低性能處理。在這些應用中，性能較低的處理器的功能添加至FPGA，會(huì )增加一點(diǎn)成本或對成本沒(méi)有影響。大多數在FPGA中使用處理器的應用將繼續歸為這一類(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、外圍設備和其他的IP、互連的IP、參考設計和基于這些核實(shí)現平臺的庫(所有這些可縮寫(xiě)為“處理器的IP”)?？傊?，微處理器核已經(jīng)從“可選”到“標準”的FPGA設備，處理器IP的重要性從來(lái)沒(méi)有像現在那么突出。