眾所周知,，FPGA是通過邏輯組合來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的器件,，幾乎可以進(jìn)行任何類型的處理。過去五年間,，為了突破傳統(tǒng)的通信及網(wǎng)絡(luò)等高端應(yīng)用市場(chǎng)局限,，將FPGA引入更為廣闊的嵌入式領(lǐng)域，F(xiàn)PGA廠商已經(jīng)開始嘗試采用多核和硬件協(xié)處理加速技術(shù)。如今,，隨著技術(shù)的進(jìn)步,，很多芯片廠商開始采用硬核或軟核CPU+FPGA的模式。
將FPGA裝進(jìn)集成兩個(gè)Cortex-A9的微控制器中
從Power內(nèi)核到Arm內(nèi)核,，賽靈思的轉(zhuǎn)變已經(jīng)完成,。但是請(qǐng)注意，其最新的Zynq-7000 EPP（可擴(kuò)展式處理平臺(tái)）不僅僅是在FPGA中增加了一對(duì)硬核,。Zynq-7000 EPP架構(gòu)（圖1）更像是一種集成了FPGA的多內(nèi)核微控制器,，而不是有多個(gè)硬核的FPGA。賽靈思的Zynq-7000 EPP系列芯片（圖2）很好的強(qiáng)調(diào)了這點(diǎn),。全部4種EPP FPGA都采用相同的雙內(nèi)核微控制器,。它們的區(qū)別表現(xiàn)在FPGA規(guī)模、與FPGA相關(guān)的接口數(shù)量,、DSP模塊等邏輯,、PCI Express接口和高速串并轉(zhuǎn)換器等方面。
賽靈思的作法并非唯一,。事實(shí)上,，Intel和Altera聯(lián)合開發(fā)的E600C Atom也包含有40nm Arria II FPGA。Altera公司也有使用ARM硬核的計(jì)劃,。
由此可見,，目前更大的問題是：向以微控制器為中心的可配置平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)，是否會(huì)主導(dǎo)FPGA的使用,。很多業(yè)內(nèi)人士目前對(duì)此表示懷疑,。軟核在新的FPGA項(xiàng)目中已經(jīng)占主要地位，但硬核通常更加高效,，而且也更容易使用,。
那么Zynq-7000微控制器中究竟有什么呢？首先它有一對(duì)800MHz的Cortex-A9 MPcore,，這種內(nèi)核除了雙精度浮點(diǎn)單元外,，還支持NEON SIMD。處理引擎的其它部分比較常見,，有32KB的指令與數(shù)據(jù)緩存以及512KB的二級(jí)緩存,。
Zynq-7000內(nèi)有256KB的RAM，還可以通過內(nèi)存控制器連接片外存儲(chǔ)器,，片外存儲(chǔ)器類型支持DDR2/3,、LPDDR2、QSPI,、NOR和NAND閃存,。系統(tǒng)甚至支持從QSPI器件安全啟動(dòng),。處理器可以裝載FPGA配置信息。有個(gè)普通的AXI-4接口,，用于鏈接FPGA,。目前許多賽靈思和第三方IP都支持AXI-4接口。
模擬方面的支持沒有作更多的擴(kuò)展,，但還是有一個(gè)16通道,、雙路12位ADC，處理速度可達(dá)1Msample/s,。這種ADC還能訪問片上傳感器,，并且同樣受FPGA邏輯的控制。
Zynq-7000系列芯片有8個(gè)DMA通道,，可支持ADC和其它通信外設(shè),，包括一對(duì)USB 2.0 OTG接口和兩個(gè)三模千兆以太網(wǎng)接口，還有兩個(gè)SD/SDIO,、UART,、CAN、I2C和SPI接口,。
看起來(lái)這像是一個(gè)典型的高性能多內(nèi)核微控制器,，實(shí)際上確實(shí)如此。電源管理部分與其它平臺(tái)相比,，絲毫也不遜色,。性能以每個(gè)內(nèi)核為基礎(chǔ)進(jìn)行管理。FPGA支持時(shí)鐘選通,，但不能像微控制器或其它外設(shè)那樣斷電,。
Zynq-7000系列芯片得到了賽靈思Platform Studio軟件開發(fā)套件（SDK）中基于Eclipse開發(fā)環(huán)境的支持。其中的微控制器還得到了ARM Development Studio 5（DS-5）和ARM RealView Development Suite（RVDS）的支持,。FPGA開發(fā)可以采用賽靈思的ISE Design,。
Zynq-7000系列產(chǎn)品適用于廣泛的應(yīng)用。低端的Z-7010可以用于駕駛輔助任務(wù)或多功能打印機(jī),。Z-7020除此之外還可以支持LTE應(yīng)用,。Z-7030和Z-7040增加了高速串行接口,，可訪問PCI Express外設(shè),，因此是高端路由器的理想之選。所有Zynq-7000系列芯片還能用于航空和軍事環(huán)境,。
眾所周知,，F(xiàn)PGA是通過邏輯組合來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的器件，幾乎可以進(jìn)行任何類型的處理,。過去五年間,，為了突破傳統(tǒng)的通信及網(wǎng)絡(luò)等高端應(yīng)用市場(chǎng)局限,，將FPGA引入更為廣闊的嵌入式領(lǐng)域，F(xiàn)PGA廠商已經(jīng)開始嘗試采用多核和硬件協(xié)處理加速技術(shù),。如今,，隨著技術(shù)的進(jìn)步，很多芯片廠商開始采用硬核或軟核CPU+FPGA的模式,。
將FPGA裝進(jìn)集成兩個(gè)Cortex-A9的微控制器中
從Power內(nèi)核到Arm內(nèi)核,，賽靈思的轉(zhuǎn)變已經(jīng)完成。但是請(qǐng)注意,，其最新的Zynq-7000 EPP（可擴(kuò)展式處理平臺(tái)）不僅僅是在FPGA中增加了一對(duì)硬核,。Zynq-7000 EPP架構(gòu)（圖1）更像是一種集成了FPGA的多內(nèi)核微控制器，而不是有多個(gè)硬核的FPGA,。賽靈思的Zynq-7000 EPP系列芯片（圖2）很好的強(qiáng)調(diào)了這點(diǎn),。全部4種EPP FPGA都采用相同的雙內(nèi)核微控制器。它們的區(qū)別表現(xiàn)在FPGA規(guī)模,、與FPGA相關(guān)的接口數(shù)量,、DSP模塊等邏輯、PCI Express接口和高速串并轉(zhuǎn)換器等方面,。
賽靈思的作法并非唯一,。事實(shí)上，Intel和Altera聯(lián)合開發(fā)的E600C Atom也包含有40nm Arria II FPGA,。Altera公司也有使用ARM硬核的計(jì)劃,。
由此可見，目前更大的問題是：向以微控制器為中心的可配置平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì),，是否會(huì)主導(dǎo)FPGA的使用,。很多業(yè)內(nèi)人士目前對(duì)此表示懷疑。軟核在新的FPGA項(xiàng)目中已經(jīng)占主要地位,，但硬核通常更加高效,，而且也更容易使用。
那么Zynq-7000微控制器中究竟有什么呢,？首先它有一對(duì)800MHz的Cortex-A9 MPcore,，這種內(nèi)核除了雙精度浮點(diǎn)單元外，還支持NEON SIMD,。處理引擎的其它部分比較常見,，有32KB的指令與數(shù)據(jù)緩存以及512KB的二級(jí)緩存。
Zynq-7000內(nèi)有256KB的RAM,，還可以通過內(nèi)存控制器連接片外存儲(chǔ)器,，片外存儲(chǔ)器類型支持DDR2/3、LPDDR2,、QSPI,、NOR和NAND閃存,。系統(tǒng)甚至支持從QSPI器件安全啟動(dòng)。處理器可以裝載FPGA配置信息,。有個(gè)普通的AXI-4接口,，用于鏈接FPGA。目前許多賽靈思和第三方IP都支持AXI-4接口,。
模擬方面的支持沒有作更多的擴(kuò)展,，但還是有一個(gè)16通道、雙路12位ADC,，處理速度可達(dá)1Msample/s,。這種ADC還能訪問片上傳感器，并且同樣受FPGA邏輯的控制,。
Zynq-7000系列芯片有8個(gè)DMA通道,，可支持ADC和其它通信外設(shè)，包括一對(duì)USB 2.0 OTG接口和兩個(gè)三模千兆以太網(wǎng)接口,，還有兩個(gè)SD/SDIO,、UART、CAN,、I2C和SPI接口,。
看起來(lái)這像是一個(gè)典型的高性能多內(nèi)核微控制器，實(shí)際上確實(shí)如此,。電源管理部分與其它平臺(tái)相比,，絲毫也不遜色。性能以每個(gè)內(nèi)核為基礎(chǔ)進(jìn)行管理,。FPGA支持時(shí)鐘選通,，但不能像微控制器或其它外設(shè)那樣斷電。
Zynq-7000系列芯片得到了賽靈思Platform Studio軟件開發(fā)套件（SDK）中基于Eclipse開發(fā)環(huán)境的支持,。其中的微控制器還得到了ARM Development Studio 5（DS-5）和ARM RealView Development Suite（RVDS）的支持,。FPGA開發(fā)可以采用賽靈思的ISE Design。
Zynq-7000系列產(chǎn)品適用于廣泛的應(yīng)用,。低端的Z-7010可以用于駕駛輔助任務(wù)或多功能打印機(jī),。Z-7020除此之外還可以支持LTE應(yīng)用。Z-7030和Z-7040增加了高速串行接口,，可訪問PCI Express外設(shè),，因此是高端路由器的理想之選。所有Zynq-7000系列芯片還能用于航空和軍事環(huán)境,。
FPGA和Atom混合的可配置平臺(tái)
Intel的E600C是一種業(yè)界期待已久的Atom/FPGA混合產(chǎn)品,，它將E600系統(tǒng)級(jí)芯片和Altera的中等規(guī)模40nm Arria II FPGA整合在一起,。Intel的E600C（圖1）包含全部E600元件,，其中包括Intel高解晰度音頻支持電路和集成的圖形媒體加速器（GMA）,。E600C的兩個(gè)PCI Express串并轉(zhuǎn)換器用來(lái)與FPGA通信，兩個(gè)保留給片外連接,，還有一個(gè)可以連接各種第三方中央控制器或Intel公司自己的EG20T平臺(tái)控制器中心,。
使用PCI Express使得E600可以成為控制FPGA的理想平臺(tái)，因?yàn)閹в布CI Express串并轉(zhuǎn)換器的FPGA已經(jīng)很常見,。E600和E600C的區(qū)別主要有兩點(diǎn)：首先,，E600將所有功能都集成進(jìn)了單個(gè)封裝；其次,，E600使用一對(duì)x1 PCI Express鏈路,。FPGA和Atom之間的帶寬加倍對(duì)許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)都有重要的意義。
Atom和FPGA芯片被集成進(jìn)了外形尺寸為37.5mm x 37.5mm,、球間距為0.8mm的單個(gè)BGA封裝中（圖2）,。可以通過引腳訪問Arria的350個(gè)I/O和3.25GHz串并轉(zhuǎn)換器端口,。
Atom處理器的TDP與普通E600相同,，范圍從2.7W至3.6W。整合平臺(tái)的TDP范圍從4W至6W不等,，取決于具體平臺(tái),。Atom支持許多電源管理狀態(tài)，但FPGA不支持,。
Intel提供技術(shù)支持,，但FPGA工具由Altera提供，其中包括Quartus II開發(fā)環(huán)境,。FPGA架構(gòu)支持傳統(tǒng)Altera FPGA可以處理的所有IP,，包括軟核處理器，如Altera的NIOS II,、Cortex-M1以及飛思卡爾的V1 ColdFire,。Altera NIOS II開發(fā)工具可用于NIOS II軟件的開發(fā)。Arm Cortex-M1和Freescale ColdFire也有許多合適的開發(fā)工具?，F(xiàn)有的x86開發(fā)工具可以支持Atom,。
E600C代表了Intel和Altera的革新方向。與Intel/Achronix在高性能的21nm FPGA上的合作相比,，E600C這種組合是一種完全不同的合作方式,。前者是一種使用Intel技術(shù)的獨(dú)立FPGA，后者是將Altera硬件集成到Intel平臺(tái)上,。
總之,，Atom和Arria II之間的配合是比較理想的。Arria II不像Stratix平臺(tái)那樣要超越Atom,，Arria對(duì)PCI Express的支持也能很好地匹配Atom的功能,。將標(biāo)準(zhǔn)FPGA平臺(tái)連接到Atom有可能使這種配置比片外FPGA有更高的普及率,。這種方法可以更好地簡(jiǎn)化對(duì)FPGA的支持，并從Atom提供標(biāo)準(zhǔn)接口,。