FPGA與MCU，融合才是大勢(shì)！ - 工業(yè)FPGA與MCU之爭(zhēng)，鹿死誰(shuí)手？

　　FPGA+MCU？！　融合才是大勢(shì)

　　事實(shí)上，工業(yè)市場(chǎng)是一個(gè)龐大的市場(chǎng)，任何一款主控芯片都無(wú)法完全將其覆蓋。就工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域而言，F(xiàn)PGA功耗大，可集成實(shí)現(xiàn)高性能，處理快速且沒(méi)有延時(shí)，適合大平臺(tái)大系統(tǒng)作業(yè)。相比之下專注于馬達(dá)控制的MCU盡管具備功耗和成本優(yōu)勢(shì)但是處理速度不能夠滿足要求。而且現(xiàn)階段，工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)領(lǐng)域?qū)PGA器件的要求越來(lái)越高，在這些應(yīng)用中，新的市場(chǎng)環(huán)境產(chǎn)生了新的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，亦增加了電子設(shè)備的復(fù)雜度，繼而會(huì)導(dǎo)致顯著增加硬件成本，延長(zhǎng)了產(chǎn)品面市時(shí)間。故此，設(shè)計(jì)的靈活性、器件可靠性、低功耗和性價(jià)比成為各FPGA廠商的競(jìng)逐的焦點(diǎn)。

　　FPGA自從問(wèn)世以來(lái)，就以強(qiáng)大的靈活性著稱。FPGA最大的特點(diǎn)就是可以反復(fù)地編程、擦除、使用或者在外圍電路不變的情況下用不同硬件電路實(shí)現(xiàn)各異的功能，并且，隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步，F(xiàn)PGA的功耗不斷降低，速度逐漸提高，同時(shí)成本也越來(lái)越低。而FPGA與MCU 融合的平臺(tái)也已經(jīng)顯示出種種優(yōu)勢(shì)以及廣闊的市場(chǎng)前景，我們從兩大巨頭的產(chǎn)品線路圖就可以看出一二，Xilinx在FPGA+DSP方面走在行業(yè)前列，而Altera 則在FPGA+MCU領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力。

　　Xilinx非常著名的XtremeDSP技術(shù)就是在FPGA中引入了DSP模塊。XtremeDSP技術(shù)是針對(duì)航天和軍用產(chǎn)品、數(shù)字通信、多媒體、視頻和成像行業(yè)的高性能定制 DSP 解決方案。XtremeDSP 平臺(tái)產(chǎn)品可以滿足通信、MVI（多媒體、視頻和成像）和軍用產(chǎn)品行業(yè)中各種應(yīng)用的要求。 Xilinx28nm All Programmable器件所具備可靠的、高速的數(shù)據(jù)傳遞和實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)的性能，F(xiàn)PGA和DSP處理器相結(jié)合非常適于處理高度復(fù)雜的信號(hào)處理算法。

　　而Altera 的SoC 產(chǎn)品則在FPGA集成了MCU，通過(guò)硬核處理器系統(tǒng)（HPS）至FPGA寬帶互聯(lián)、硬件加速以及高性能存儲(chǔ)器來(lái)提高系統(tǒng)性能。并增加設(shè)計(jì)的靈活性、提升器件可靠性、降低成本、加快產(chǎn)品上市速度。Altera 公司亞太區(qū)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理謝曉東曾表示，今后Altera 的FPGA產(chǎn)品將有一半會(huì)集成MCU，這將是Altera 重點(diǎn)發(fā)力領(lǐng)域。對(duì)于FPGA而言系統(tǒng)架構(gòu)非常重要，在FPGA架構(gòu)中集成了基于ARM的硬核處理器系統(tǒng)（HPS），包括處理器、外設(shè)和存儲(chǔ)器接口。它同時(shí)實(shí)現(xiàn)了硬核知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）的性能和低功耗特性，以及可編程邏輯的靈活性，同時(shí)滿足性能要求。

　　據(jù)我們的了解，現(xiàn)在的電機(jī)控制需要高性能和高效率，對(duì)控制精度和響應(yīng)時(shí)間提出了更高的要求。MCU通常側(cè)重于I/O接口的數(shù)量和可編程存儲(chǔ)器的大小，非常適用于有大量的I/O操作的場(chǎng)合，所以廣泛應(yīng)用在低成本，低功耗和對(duì)精度要求不高的系統(tǒng)中。但由于本身處理能力有限，應(yīng)用的場(chǎng)合受到了比較大的限制。對(duì)于電機(jī)控制提出的更高要求，F(xiàn)PGA芯片固有的可編程性和并行處理的特點(diǎn)十分適合于中高端的電機(jī)控制應(yīng)用。由于它以純硬件的方式進(jìn)行并行處理，而且不占用CPU的資源，所以可以使系統(tǒng)達(dá)到很高的性能。兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)開(kāi)始成為FPGA器件廠商研發(fā)的重點(diǎn)方向。

　　而隨著可編程芯片系統(tǒng)SOPC（System On a Programmable Chip）的出現(xiàn)，相當(dāng)多的FPGA里面都集成了DSP或者CPU，目前Xilinx和Altera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(shí)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(duì)于應(yīng)用者而言，兩者的結(jié)合不單可以節(jié)省成本，而且可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，加快產(chǎn)品面世速度。

　　對(duì)于需要強(qiáng)大效能和控制功能的工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，F(xiàn)PGA+MCU集成器件是一種理想解決方案。FPGA+MCU集成器件不僅不會(huì)替制造商帶來(lái)新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，還在新設(shè)計(jì)方案上提供了更多便利。FPGA+MCU集成器件為許多既需要FPGA功能又需要MCU功能的復(fù)雜工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合提供了高性能、低功耗、快速設(shè)計(jì)、低成本的解決方案。