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FPGA与处置赏罚赏罚器焦点手艺的的应用领域

已有 104 次浏览2019-8-28 16:14

  作为“门之海”,FPGA为任何数字功效供应了简直无限的平台,可以应用经由历程种种宽度的查找表完成的逻辑表达式来完成。自培植以来,它供应了史无前例的无邪性,同时它们的匀称性和阵列式结构使它们成为最新制造节点的早期接纳者。
  虽然一直处于半导体手艺的前沿,但性能依然是依附于日趋严重年夜的路由形式和时钟结构的架构的限制因素;正是出于这个启事,供应商首先应用硬连线的知识产权(IP)块完成了要害功效。
  对更高性能和最好功耗的无限无尽的需求促使FPGA供应商将愈来愈多的结实功效IP集成到他们的产物中。虽然stalwart能够以为这是对FPGA手艺焦点优势的侵蚀,但现实上它供应了对逻辑结构中难以完成或难以完成的填补功效的会见。
  高端FPGA的焦点市场之逐一直是电信;在这里,性能是要害,资源可以是主要的。为了知足这一需求,FPGA现在集成了年夜量针对数据蹊径的IP,例如高速以太网,和其他串行收发器,和比来的光学接口。它们与其他性能要害功效(如PLL和DSP模块)相邻。添加软核处置赏罚赏罚器以处置赏罚赏罚控制蹊径功效的才干意味着年夜型FPGA在该领域依然异常盛行,通常优于ASIC。
  虽然软核可以处置赏罚赏罚许多义务,特殊是在最新和最快的FPGA中,它们依然无限,能够不合适性能很主要的其他义务。是以,有些自然地,IP集成的扩年夜看到了“硬”处置赏罚赏罚器内核的引入;这个看法佛由一再再三迭代才干完全完成,但现在正在许多应用领域发生严严重年夜影响。
  在FPGA中嵌入硬核处置赏罚赏罚器内核的早期考试考试未能激起所有行业的兴趣或刷新手艺:太多,太快,或许。所有行业都回归到软核选项上,但很快就会发现嵌入式处置赏罚赏罚器确切存在市场;它只须要准确的处置赏罚赏罚妄图。可以说,效果证实是ARM。
  明天有许多FPGA供应嵌入式ARM内核和软核选项,启事很显着;性能取得保证。此外,在FPGA架构中经由历程硬件加速扩年夜硬核的才干开发了更多的应用领域,FPGA厂商现在热中于探索这些领域。
  SoC
  从看法上讲,FPGA供应商将逻辑结构和硬IP集成为片上系统(SoC)措施,这一术语被处置赏罚赏罚器供应商普遍应用。整合其他功效。这网罗供应可装备逻辑的处置赏罚赏罚器,例如赛普拉斯的PSoC系列。在性能方面,嵌入式处置赏罚赏罚器子系统不只适用于高端产物; Altera现在在其高性能Stratix,中档Arria和低资源Cyclone系列中供应基于ARM的SoC处置赏罚赏罚妄图。
  从系统层面来讲,在FPGA中网罗处置赏罚赏罚器子系统不须要在物理上部署它。图1显示了Altera的Arria V,它清晰地显示了基于ARM Cortex-A9 MPCore子系统的硬处置赏罚赏罚器系统(HPS),它只占硅的一小部门。这反映在图2中,即低资源Cyclone V的框图,它也集成了HPS。
  可供应单核或双核ARM Cortex-A9子系统及其FPGA架构。
  在此装备中,每个内核网罗32 KB的L1指令高速缓存和32千字节的L1数据高速缓存,单精度和双精度浮点单元和NEON媒体引擎,带有CoreSight调试和跟踪功效。还集成了此外一个512 KB的共享二级高速缓存,和64 KB的暂时RAM。网罗一系列存储器和通用接口 - 最多134个通用I/O.主要的是,HPS和FPGA可以自力使命,但经由历程应用ARM的AMBA AXI总线桥构建的高带宽系统互连保持慎密耦合,这使得HPS可以会见FPGA架构,反之亦然。两座桥都切合AMBA AXI-3尺度。公用的32位装备端口允许HPS在启动时装备FPGA。
  主题的变换
  与Altera一样,Xilinx也接纳了双核ARM Cortex-A9 MPCore子系统措施来完成其SoC产物,但与其竞争对手不合,支持三个不合性能/价位的家庭,选择在一个家庭中完成一系列的绩效水平; Zynq-7000。
  与Altera的Cyclone V一样,Zynq-7000还支持所有或部门重装备,允许部门FPGA一连运转,而其他部门正在重新装备,而不会阻拦所有系统。处置赏罚赏罚器子系统还能够自力于FPGA逻辑运转。
  虽然前两个示例应用FPGA架构的“经典”SRAM措施,须要在上电时加载装备数据,但也有基于Flash的SoC器件集成硬核的示例处置赏罚赏罚器供应更多“即时启动”用例,例如Microsemi的SmartFusion2系列。
  与此处推出的其他SoC不合,SmartFusion2系列真正处置赏罚赏罚了低功耗效果,显着选择了主要与微控制器应用相关的Cortex-M3内核,而不是Cortex-A类。由Altera和Xilinx供应,它更合顺应用处置赏罚赏罚器类型的用例。在这类集成度下,SmartFusion2泉源类似于通常不被以为是FPGA的其他处置赏罚赏罚妄图,例如赛普拉斯的PSoC 5系列;可是,仰仗高达150,000个逻辑单元的FPGA架构,SmartFusion2系列生涯了其FPGA凭证。
  结论
  FPGA与处置赏罚赏罚器焦点手艺的集成历史悠长且充斥了历史。最后简直没有甚么欲望,它能够有被完全刊出的风险。幸运的是,关于所有开发职员而言,FPGA供应商展示了一定水平的愿景,以确保其中兴,这在很年夜水平上得益于软核的告成。
  现在,嵌入式硬核已稳固地“嵌入”工程师的处置赏罚赏罚妄图工具箱中,关于许多应用而言,它现实上可以代表完全的片上系统。它着实不止于此:Altera曾经宣布其下一代Stratix 10系列将集成四个64位ARM Cortex-A53内核,接纳英特尔的Tri-Gate手艺构建,具有真别史无前例的性能水平。
  与之前一样,看起来FPGA SoC的未来将是多变的,但能够会加倍告成。
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