軟核和硬核

內(nèi)嵌處理器硬核的FPGA，即SoC FPGA，是在芯片設(shè)計(jì)之初，就在內(nèi)部的硬件電路上添加了硬核處理器，是純硬件實(shí)現(xiàn)的，不會(huì)消耗FPGA的邏輯資源，硬核處理器和FPGA邏輯在一定程度上是相互獨(dú)立的，簡(jiǎn)單的說，就是SoC FPGA就是把一塊ARM處理器和一塊FPGA芯片封裝成了一個(gè)芯片。

更多介紹可以查看：FPGA硬核和軟核處理器的區(qū)別

1.Xilinx的ZYNQ-7000系列

Xilinx發(fā)明的FPGA顛覆了半導(dǎo)體世界，創(chuàng)立了Fabless（無晶圓廠）的半導(dǎo)體模式。Zynq?-7000 系列集成了 ARM Cortex-A9 處理器，同時(shí)具有ARM軟件的可編程性和FPGA 的硬件可編程性，不僅可實(shí)現(xiàn)重要分析與硬件加速，同時(shí)還在單個(gè)器件上高度集成 CPU、DSP、ASSP 以及混合信號(hào)功能。

ZYNQ芯片內(nèi)部框圖

準(zhǔn)確的說，ZYNQ并不能說是一個(gè)嵌入式ARM硬核的FPGA，官方對(duì)其稱呼是可擴(kuò)展處理平臺(tái)。Zynq-7000可擴(kuò)展處理平臺(tái)是采用賽靈思新一代FPGA（Artix-7與Kintex-7FPGA）所采用的同一28nm可編程技術(shù)的最新產(chǎn)品系列?？删幊踢壿嬁捎捎脩襞渲?，并通過“互連”模塊連接在一起，這樣可以提供用戶自定義的任意邏輯功能，從而擴(kuò)展處理系統(tǒng)的性能及功能。

ZYNQ芯片資源主要分為兩個(gè)部分：PL和PS，PL即可編程邏輯部分，指的是FPGA部分。PS即可編程系統(tǒng)部分，指的是ARM處理器部分，兩者之間可以通過總線進(jìn)行通信。對(duì)于一個(gè)不熟悉FPGA的嵌入式軟件工程師來說，完全可以把它當(dāng)做ARM MPU來使用，使用例程中搭建好的硬件環(huán)境，在SDK中開發(fā)。如果在進(jìn)行軟件調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)某些算法太慢，速度上不去，可以用FPGA的邏輯部分把這部分進(jìn)行優(yōu)化，一般情況下快個(gè)一二十倍是沒問題的。從FPGA邏輯部分到ARM軟件開發(fā)，可以完全在Xilinx自家的開發(fā)環(huán)境里切換。

PYNQ系列是ZYNQ的升級(jí)版，簡(jiǎn)單的理解就是：Python + ZYNQ的意思。至于Python是如何控制硬件的，

有了Python的加持，可以非常方便的進(jìn)行FPGA開發(fā)，可以充分利用Python的靈活性和FPGA的硬件資源，可以簡(jiǎn)化圖像處理和人工智能的算法設(shè)計(jì)。

2.Altera的Cyclone V系列

2015年12月，Intel斥資167億美元收購(gòu)了Altera公司 。作為FPGA市場(chǎng)的二把手，既然Xilinx推出了ZYNQ，那Altera也得跟上老大的腳步啊！相比于Xilinx的SoC FPGA系列，Altera的內(nèi)嵌ARM硬核的FPGA系列就比較多了，這里我整理了一個(gè)表格：

Altera? Arria? V GT FPGA開發(fā)套件，官方售價(jià)$3,995

整體來看，可能是ZYNQ的生態(tài)做得比較好，ZYNQ還是挺多資料的，而Altera的SoC FPGA資料不是很多。

3.Microsemi的SmartFusion系列

FPGA領(lǐng)域，大家比較熟知的就是以上兩個(gè)廠商了，不過以上兩家主流的FPGA都是基于SRAM工藝的，即芯片外部需要搭配一片SPI Flash用于存儲(chǔ)程序，這樣就會(huì)有一個(gè)問題，如果只是進(jìn)行程序下載而沒有進(jìn)行程序固化，就會(huì)導(dǎo)致掉電數(shù)據(jù)丟失的問題，而且由于讀寫外部器件需要時(shí)間，所以上電不能立刻啟動(dòng)。而Microsemi的FPGA都是基于Flash結(jié)構(gòu)的，即芯片內(nèi)部有Flash可以用于程序存儲(chǔ)，不用區(qū)分程序下載和程序固化，掉電數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，上電立刻啟動(dòng)。Microsemi的主要市場(chǎng)在醫(yī)療機(jī)構(gòu)、軍工航空、汽車和工業(yè)控制領(lǐng)域。

Microsemi大家可能不太熟悉，說到Microsemi，我們不得不提一下它的歷史，最開始Microsemi 是做功率電子器件的，Actel是做基于Flash結(jié)構(gòu)FPGA芯片的，2010年，Microsemi收購(gòu)了Actel，2018年，Microchip又收購(gòu)了Microsemi，所以現(xiàn)在的第三大FPGA廠商應(yīng)該是MicroChip。

2019 FPGA市場(chǎng)份額占有率 | 數(shù)據(jù)來源：MRFR

相比于Xilinx和Altra的FPGA內(nèi)嵌的ARM Cortex-A系列MPU處理器，Microsemi的FPGA就顯得比較LOW了，基于130nm工藝，主要有兩個(gè)系列SmartFusion和SmartFusion 2，即一代和二代，都是內(nèi)嵌的ARM Cortex-M3硬核，和STM32內(nèi)嵌的是同一個(gè)內(nèi)核，外設(shè)也都是比較常用的，如UART、SPI、IIC、EPROM、RTC等等。所以這個(gè)芯片的使用對(duì)于有單片機(jī)基礎(chǔ)的朋友來說，比較容易上手。FPGA部分和ARM部分相互獨(dú)立，可以通過APB總線來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。ARM開發(fā)工具可選擇Keil、IAR等常用MCU開發(fā)環(huán)境。

SmartFusion第一代FPGA內(nèi)部框圖

總結(jié)

可能是Xilinx ZYNQ的生態(tài)做得比較好，網(wǎng)絡(luò)上的工具、文檔資料、社區(qū)支持、相關(guān)書籍支持都很到位，而Altera的資料就不那么好找了。

推薦閱讀

• 匯總 | 文章精選 | 搜索

• FPGA硬核和軟核處理器的區(qū)別

• 我準(zhǔn)備自己做一個(gè)衛(wèi)星

• [開源]我用STM32MP1做了個(gè)疫情監(jiān)控平臺(tái)

• 為什么選擇鋁基板PCB？