FPGA+MCU融合成大勢 生態(tài)是關鍵

　　現(xiàn)階段，工業(yè)自動化、智能電網(wǎng)、安防監(jiān)控、以及車載應用等市場領域?qū)?a target="_blank">FPGA器件的要求越來越高，在這些應用中，新的市場環(huán)境產(chǎn)生了新的設計開發(fā)過程，亦增加了電子設備的復雜度，繼而會導致顯著增加硬件成本，延長了產(chǎn)品面市時間。故此，設計的靈活性、器件可靠性和性價比成為各FPGA廠商的競逐的焦點。

　　而且現(xiàn)在的控制系統(tǒng)都需要高性能和高效率，對控制精度和響應時間提出了更高的要求。MCU通常側重于I/O接口的數(shù)量和可編程存儲器的大小，比較適用于有大量的I/O操作的場合，所以廣泛應用在低成本，低功耗和對精度要求不高的系統(tǒng)中。但由于本身處理能力有限，應用的場合受到了比較大的限制。FPGA芯片則以其固有的可編程性和并行處理的特點十分適合于中高端的控制系統(tǒng)應用。由于它以純硬件的方式進行并行處理，而且不占用CPU的資源，所以可以使系統(tǒng)達到很高的性能。而兩者的優(yōu)勢互補亦開始成為FPGA器件廠商研發(fā)的重點方向，控制要求的日漸復雜以及系統(tǒng)處理并行化趨勢明顯，也推動著MCU+FPGA架構的普及。

　　隨著可編程芯片系統(tǒng)SOPC（System On a Programmable Chip）的出現(xiàn)，相當多的FPGA里面都集成了DSP或者CPU，目前國際巨頭的FPGA都可以完成這樣的工作，它們不但可以集成自己的軟核，而且可以集成目前流行的PowerPC、ARM等硬核。這樣，F(xiàn)PGA就可以完全實現(xiàn)DSP和MCU的功能。而且FPGA在內(nèi)置的嵌入式處理器中還可以添加一些自定義指令，從而可以快速完成一些特定算法，并且可以根據(jù)需要定義芯片管腳。對于應用者而言，兩者的結合不單可以節(jié)省成本，而且可以簡化設計流程，加快產(chǎn)品面世速度。

　　在這一市場背景下，Altera SoC 在FPGA架構中集成了基于ARM的硬核處理器系統(tǒng)（HPS），以其優(yōu)異性能受到市場的廣泛關注，業(yè)界亦給予了一致好評。Altera 公司亞太區(qū)產(chǎn)品市場經(jīng)理謝曉東表示，今后Altera 的FPGA產(chǎn)品將有一半會集成MCU，這將是Altera 重點發(fā)力領域，現(xiàn)在的 SoC 系列市場反饋很不錯，增長趨勢明顯。Altera SoC 能夠有效增強系統(tǒng)性能、增加設計的靈活性、提升器件可靠性、降低成本。

　　Altera 公司亞太區(qū)產(chǎn)品市場經(jīng)理謝曉東

　　Altera 公司亞太區(qū)產(chǎn)品市場經(jīng)理謝曉東強調(diào)，對于FPGA而言系統(tǒng)架構非常重要。Altera SoC使用寬帶干線互聯(lián)，在FPGA架構中集成了基于ARM的硬核處理器系統(tǒng)（HPS），包括處理器、外設和存儲器接口。它同時實現(xiàn)了硬核知識產(chǎn)權（IP）的性能和低功耗特性，以及可編程邏輯的靈活性?？梢杂行Ы档拖到y(tǒng)功耗和成本，減小電路板面積，同時滿足性能要求。而且采用內(nèi)置糾錯碼（ECC）和存儲器保護功能，保護用戶的系統(tǒng)不受硬件或者軟件錯誤的影響，從而提高了系統(tǒng)可靠性。

　　值得一提的是Altera SoC使用寬帶干線互聯(lián)，在HPS和FPGA架構之間的大吞吐量數(shù)據(jù)通路實現(xiàn)了雙芯片解決方案無法提供的互聯(lián)性能。HPS和FPGA架構的緊密集成提供了100-Gbps的峰值帶寬，在處理器和FPGA之間實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的一致性。處理器和FPGA之間沒有了外部I/O通路，大幅度降低了系統(tǒng)功耗。

　　靈活性、使用的便捷性、性價比是客戶選擇FPGA器件非常重要的決定因素。

　　1、在靈活性上，Altera SoC 通過硬件優(yōu)勢、系統(tǒng)啟動和配置選擇以及多個硬核存儲器控制器來實現(xiàn)，可以說FPGA內(nèi)嵌硬核的最大利好就是靈活性，因此Altera SoC 勢必可以將靈活性發(fā)揮到極致，甚至于這個架構簡單到只要一個能夠跑軟件的“裸核”和必須的調(diào)試接口即可，其他所有的外設都可以根據(jù)客戶的需求自主架構，設計人員可以充分發(fā)揮FPGA的靈活性優(yōu)勢。

　　2、在使用的便捷性上，使用Altera獨特的FPGA自適應調(diào)試功能，開發(fā)ARM兼容軟件，前所未有的提高了目標可視化、控制能力和效能。

　　3、在性價比上，Altera SoC 則通過單片集成、集成PCIe 控制器以及無斷電排序功能來實現(xiàn)。這些優(yōu)勢都保證客戶的系統(tǒng)設計能夠滿足目前以及未來的性能要求，關鍵是還能夠開發(fā)體系結構良好的產(chǎn)品。Altera的未來更新，將通過高端、中端和低端應用規(guī)劃，以及軟件移植和平均生命周期高達15年以上的產(chǎn)品來實現(xiàn)，這將有效保障客戶產(chǎn)品的持續(xù)性。

　　14nm FinFET 技術的助力

　　據(jù)謝曉東的介紹，Altera 在SoC FPGA的長期發(fā)展規(guī)劃體現(xiàn)了堅持創(chuàng)新、切合實際應用、采用尖端科技工藝的原則，未來Altera 10代器件將在工藝技術和體系結構基礎上進行了優(yōu)化，以最低功耗實現(xiàn)了業(yè)界最好的性能和水平最高的系統(tǒng)集成度。而且將采用Intel的14 nm三柵極晶體管技術制造Altera FPGA。這些下一代產(chǎn)品主要面向軍事、固網(wǎng)通信、云網(wǎng)絡以及計算和存儲應用等超高性能系統(tǒng)，將突破目前其他技術無法解決的性能和功效瓶頸問題。

　　注重生態(tài)系統(tǒng)的構建

　　Altera一直非常注重生態(tài)鏈的構建與合作，現(xiàn)在，全球很多優(yōu)秀的合作伙伴都支持創(chuàng)新的 Altera SoC 平臺，包括 ARM、WindRiver 和 QNX 等。而比如上文所講到的合作伙伴Intel，則可以幫助提高Altera實現(xiàn)硅片融合的能力；在單個器件中集成硬件和軟件可編程功能、微處理器、數(shù)字信號處理，以及ASIC功能；交付更靈活、更經(jīng)濟的解決方案。在應用層面，Altera 也將與英蓓特、艾睿電子、友晶科技、昇偉電子等設計方案合作伙伴于深圳、上海和北京舉辦 SoC 研討會，分享世界領先的解決方案共同推動SoC FPGA的普及。

　　Altera 公司亞太區(qū)產(chǎn)品市場經(jīng)理謝曉東正在介紹合作伙伴的設計方案

　　完善的生態(tài)系統(tǒng)能夠提供給用戶更全面的設計資源，利用靈活的FPGA邏輯架構，可以在設計中采用Altera或者其合作伙伴的定制IP或者商用預配置IP，從而突出系統(tǒng)優(yōu)勢。比如能夠迅速適應各種接口和協(xié)議標準的變化，快速搶占市場高地。謝曉東表示，這些優(yōu)勢正不斷凸顯，并得到越來越多的認可，從Altera已經(jīng)賣出7000多塊 SoC 開發(fā)板就能夠看出一二。

　　在操作系統(tǒng)方面，Altera亦正不斷擴展更多的操作系統(tǒng)，現(xiàn)在包括開源操作系統(tǒng)和12個商業(yè)操作系統(tǒng)供應商提供量產(chǎn)級別板級支持包。