FPGA+CPU的单片集成相较于传统应用的优势明显

(文章来源:eepw)
基于fpga的cpu集成将带来的一些潜在优势包括:更易于满足大多数系统的功能性需求;潜在的改善了系统的性能;在某些应用中的灵活性和可升级性大大提高;处理器到外设的接口能够得到优化;软硬件互联的接口性能获得极大的提升;有利于设计的重用和新设计的快速成型;简化单芯片甚至整板的pcb布局布线。
fpga+cpu的单片集成相较于传统应用的优势由此可见一斑,但从另一个角度看,正如cpu从单核到多核演进在延续着摩尔定律的“魔咒”,fpga+cpu的强势出击更像是并行处理在嵌入式应用中的大行其道。
延续一贯的作风,xilinx和altera在其嵌入cpu的fpga器件上都不约而同地选择了性能出色的arm cortex-a9内核,可见他们目前瞄准的市场趋向于中高端应用客户。而在低端应用方面,即便是网络爆炸的时代,默默无闻的capital-micro公司依然不为广大工程师们所熟知,但他们开发的可重构系统芯片csoc(configurable soc)却悄然无声地在中低端市场应用中杀出了一片血路。值得一提的是,这是一家地地道道的中国本土fpga厂商。
从1971年intel的第一片4位处理器问世至今恰好已有40个年头,虽然嵌入式行业经历了翻天覆地的巨变,但即便你认为它是“土得掉牙”却简单实用的8位mcs-51单片机却依然独树一帜,尤其是在国内的整个工控行业中还是有着很强的生命力。
从05年成立至今,capital-micro先后推出了astro和astroii两代csoc。其内嵌的8051在两代器件上分别可以稳定地运行到100mhz和150mhz。虽然由于fpga制造工艺还处于0.13um,大大制约了逻辑性能,但目前的这两代产品至少可以满足包括步进电机控制、lcd驱动控制、接口扩展、led控制卡、微型打印机在内的工业应用需求。
从器件的内部架构上来看,如图2所示,astroii中不仅有同类产品中堪称性能“卓越”的8051硬核,也集成了一些常见的外设如定时器、看门狗、uart、iic和spi等。当然,8051的程序启动也完全采取了类似很多arm的直接映射(fully shadowed)方式,确保读写缓慢的rom不再成为制约cpu性能的瓶颈。而8051与fpga的互联方面,不仅可以使用8051的emif寻址(23位宽可寻址地址总线),4k×8bit的dpram也是高速数据传输的不错选择,并且在这些互联接口上都已经固化好了同步逻辑,无需设计者浪费精力。此外,从最廉价的晶体时钟支持,到i/o数量的最大化,再到其平易近人的价格,无不向我们展示着这款国产芯片的“经济适用”。

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