SoC FPGA新引擎：嵌入式应用

【导读】嵌入式系统如今已“无处不在”，而由于FPGA的创新，嵌入式系统里使用FPGA变得非常通用。在最近由UBM展开的一次嵌入式调查中发现，接近45%的嵌入式设计师计划在下一个嵌入式项目中使用FPGA，并且很多客户在嵌入式系统中同时使用微处理器和FPGA，这将驱动FPGA向SoC FPGA或可编辑SoC发展。

嵌入式系统如今已“无处不在”，而由于FPGA的创新，嵌入式系统里使用FPGA变得非常通用。在最近由UBM展开的一次嵌入式调查中发现，接近45%的嵌入式设计师计划在下一个嵌入式项目中使用FPGA，并且很多客户在嵌入式系统中同时使用微处理器和FPGA，这将驱动FPGA向SoC FPGA或可编辑SoC发展。而在嵌入式设计中，提高系统性能的同时降低系统功耗、减少面积都是常见的问题。随着FPGA沿着摩尔定律发展以及通过使用硬核IP，可以在FPGA器件里集成更高级的功能，比如固化存储器控制器、PCIe模块，增加收发器数目和速度。同时借助更先进的工艺，我们可以得到功耗降低和性能提高的好处。

市场需求：高效、低功耗、低成本

SoC FPGA目标应用市场需求为高效、低功耗、低成本。

SoC FPGA目标应用市场锁定四大领域。主要包括：一是包括“绿色”或者节能技术的工业领域，例如智能电网、太阳能逆变器以及更高效的工业电机控制驱动器等。二是视频处理也非常适合采用这类产品，比如视频监控摄像机和汽车辅助驾驶即是这类应用的两个例子。三是远程射频前端、LTE基站等无线基础设施以及交换机和路由器，这类应用对性能的要求较高，而客户还希望减小体积，降低功耗。四是计算机和存储。例如，每一微秒都非常重要的高速金融交易平台以及多功能打印机、扫描仪和服务器机架管理等应用。

而这些应用的“共性”要求是提高效能，降低功耗和成本，减小电路板面积。Altera在今年早些时候发布的最新28nm Cyclone V和Arria V等SoC FPGA产品系列中采用双核ARM Cortex-A9处理器以及硬核存储器控制器和公共外设，在处理器系统和FPGA之间建立了高性能互联，并实现了低功耗、低成本等优点，可充分满足应用需求。

虚拟目标占据先机

借助虚拟目标和FPGA在环，使客户可以在硬件开发前进行软件开发。

软件的开发通常在嵌入式系统开发周期中占绝对重要的位置。FPGA一直面临设计复杂度增加的烦恼，而SoC FPGA可让这一切迎刃而解。由于它集成了ARM处理器，因此对于软件开发来说，这些器件继承了使用广泛而且熟悉的ARM辅助系统的优点。这些器件也由Altera的高效能硬件开发工具提供支持，特别是Quartus II软件和Altera的Qsys系统集成工具。

同时，利用Qsys进行系统集成非常方便，只需选择需要的IP，通过GUI界面将他们连接起来。Qsys能够自动生成互联逻辑(地址/数据总线连接、总线宽度匹配逻辑、地址解码逻辑以及仲裁逻辑等)。Qsys兼容业界标准接口IP，比如Avalon总线接口和AXI总线接口。Qsys现在支持100多个IP组件，今后还会有更多的兼容IP，客户也可以通过Qsys设计自定义的IP。

设计受系统应用影响

在当今以系统为导向的环境下，FPGA技术必须提供多种选择。

虽然目前28nm FPGA系列产品功能强大，但对新技术节点的需求已经超出了电路设计能力，在芯片级甚至是系统级方面就会影响设计选择。在高速串行接口应用中，Altera发售了Stratix V FPGA，它具有可高度灵活配置的28 Gbps收发器。不过，在当今以系统为导向的环境下，只有业界最快的集成收发器还远远不够。串行链路需要速度足够快的控制器才能够跟上收发器，控制器需要速度很快的片内总线、容量足够大速度足够快的缓冲以支持它们，所有这些模块必须满足能耗要求。相应地，Altera收发器FPGA技术必须提供多种选择，具体取决于系统应用以及使用模式。

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