工業(yè)FPGA與MCU之爭，鹿死誰手？ - 全文

　　智能工業(yè)發(fā)展迅猛，工廠自動化、機器人技術(shù)、智能通信和工業(yè)安全等巨大商機更是鋪天蓋地而來。嵌入式系統(tǒng)作為兵家必爭的灘頭陣地，主控芯片商戰(zhàn)況火熱。

　　隨著賽靈思、阿爾特拉、萊迪思等一眾FPGA全球頂級大廠攜更高集成度、靈活、延遲小、處理速度快和整體成本較低等優(yōu)勢的FPGA產(chǎn)品加速揮軍挺進智能工業(yè)市場，這勢必對主導(dǎo)工業(yè)MCU的飛思卡爾、TI、ST和微芯科技等MCU傳統(tǒng)豪門帶來沖擊。進攻與防守之間的抉擇，又是一次矛與盾的大戰(zhàn)！未來智能工業(yè)主戰(zhàn)場自然群雄割據(jù)，那么，MCU vs FPGA，究竟鹿死誰手？

　　工業(yè) + FPGA = 強大的性能兼高度靈活性

　　在工業(yè)垂直細分領(lǐng)域，隨著應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜度提升，新技術(shù)的引入以及對人身安全有更高的標準，使得設(shè)備廠商對制造商在產(chǎn)品定制化、面市周期以及總體成本方面提出更高需求，亦為FPGA造就了機遇。

　　對于工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域而言，F(xiàn)PGA憑借設(shè)計集成、可重新編程能力等優(yōu)勢，有效協(xié)助系統(tǒng)開發(fā)商的產(chǎn)品更快速地推向市場，逐漸進入傳統(tǒng)MCU和DSP占主要份額的領(lǐng)域。

　　隨著系統(tǒng)復(fù)雜度的提高，F(xiàn)PGA還能夠集成整個芯片系統(tǒng)（SoC），與分立的MCU、DSP、ASSP以及ASIC解決方案相比，大幅度降低了成本。不論是用作協(xié)處理器還是SoC皆具備不可取代的獨特優(yōu)勢。

　　初露頭角的FPGA已能窺見其背后廣闊的市場前景，這也吸引了眾多廠商紛紛插旗布局。為深耕工業(yè)應(yīng)用，巨頭Altera推出了電機控制、以太網(wǎng)IP以及功能安全三大組合方案。

　　FPGA在交流永磁電機領(lǐng)域頗具優(yōu)勢。交流永磁電機采用三相交流，控制難度相對較大，電機控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是電流環(huán)的控制，如果廠商在電流采集環(huán)節(jié)需要精進，傳統(tǒng)方法已經(jīng)很難辦到，因此FPGA在這方面優(yōu)勢明顯。而在直流電機市場，其控制相對簡單，功耗低，傳統(tǒng)方案已經(jīng)成熟，F(xiàn)PGA在直流領(lǐng)域則不具備明顯優(yōu)勢。

　　而面對工業(yè)以太網(wǎng)眾多標準，Altera基于FPGA的虛擬ASSP中提供多種協(xié)議“開箱即用”解決方案，該方案在單片F(xiàn)PGA中集成多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議IP及Softing Gmbh專門針對Altera FPGA開發(fā)的軟件堆棧，不需要前端許可費用和單片版稅報告，同時可現(xiàn)場更新以支持今后的協(xié)議。

　　另一方面，標以“低成本低功耗小尺寸”的萊迪思在市場上的定位亦十分明確。萊迪思半導(dǎo)體通訊及工業(yè)部門高級總監(jiān)Jim Tavacoli概括性表示，工業(yè)系統(tǒng)供應(yīng)商在連接性、外形尺寸和功耗方面都面臨著日益嚴峻的挑戰(zhàn)，瞄準這一需求，萊迪思正積極運用其在智能手機、平板電腦和可穿戴設(shè)備領(lǐng)域積累的FPGA專業(yè)經(jīng)驗并將其應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域中。

　　底層FPGA器件的可編程特性賦予設(shè)計人員極大的靈活性，使他們能夠連接所需的系統(tǒng)元件，以便利用最新的IP構(gòu)建系統(tǒng)。我們提供業(yè)界功耗最低、占用空間最小的FPGA，并且具備可與ASIC、ASSP和MCU競爭的成本優(yōu)勢?！?a href="http://srfitnesspt.com/emb/fpga/20140708347747.html" target="_blank">更多詳情】

　　本文內(nèi)容選自電子發(fā)燒友網(wǎng)6月《智能工業(yè)特刊》，更多精彩內(nèi)容歡迎下載！
　　

　　工業(yè) + MCU = 仍據(jù)主流地位，性能提升必將錦上添花

　　在機器手臂的控制中，MCU是重要的控制核心。多種控制器或處理器中以MCU的市場前景最為可期，雖然MCU的處理效能比不上微處理器（MPU）、數(shù)字信 號處理器（DSP）或是現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）等元件，不過由于目前智能工廠上的機器人多以機器手臂為主，高精度、大型且完全擬真人的機器人還不普遍，而機器手臂注重的是馬達控制效能，因此已在馬達控制領(lǐng)域占有一席之地的MCU業(yè)者將最直接受惠。且據(jù)了解，機器人的靈活度主要取決于移動關(guān)節(jié)的數(shù)目，這樣的話則需要更多的馬達，因此對MCU的需求將明顯增加，將目光投向MCU，對于廣大半導(dǎo)體廠商而言，是一個巨大的商機?！?a href="http://srfitnesspt.com/article/88/143/2014/20140709347848.html" target="_blank">更多詳情】

　　知名廠商飛思卡爾一直憑借種類齊全的MCU產(chǎn)品線不斷引領(lǐng)著工業(yè)變革，針對不同的工業(yè)需求，如M0低功耗MCU、M4高性能MCU、5V Kinetis E器件、用于馬達控制的基于M4的MCU，甚至高性能150M器件，都有合適的器件提供，能為工業(yè)客戶帶來更多的價值。

　　Kinetis M系列：集成高精度24位Σ-Δ轉(zhuǎn)換器的單芯片SoC電表芯片，主要針對中國國家電網(wǎng)、海外電表市場、工業(yè)測量等市場。從這一點可以看出，飛思卡爾不只在數(shù)字技術(shù)，在模擬技術(shù)也具有很強的競爭力。

　　Kinetis E系列：對工業(yè)界，特別是ARM在工業(yè)行業(yè)的推廣而言，飛思卡爾低價推出的Kinetis E 5V MCU是一個突破性的產(chǎn)品，它是全球第一顆5V的Cortex ARM產(chǎn)品，它成功地將ARM的產(chǎn)品引向更廣泛的工業(yè)應(yīng)用。該MCU具有強大的抗電磁干擾性和優(yōu)越的性能，而且完全是在中國設(shè)計、測試，生產(chǎn)的一個全新 MCU系列。

　　由于工業(yè)上的消耗有56%是通過馬達消耗的，所以飛思卡爾即將推出一款新的Kinetis MCU型號，將ARM內(nèi)核引入馬達控制市場以解決相關(guān)問題?！?a href="http://srfitnesspt.com/emb/danpianji/20131223332983.html" target="_blank">更多詳情】

　　>>> Kinetis MCU：工程師不得不懂的MCU混合信號驗證策略和挑戰(zhàn)

　　FPGA與MCU之爭，鹿死誰手？

　　就主晶片之爭的問題，有專家認為，F(xiàn)PGA（可編程邏輯閘陣列）、DSP（數(shù)位訊號處理器）再到MCU（微控制器）這三者之間各有利基，端看市場需求。在過去MCU性能還不是如此強大的情況下，許多馬達控制采用DSP架構(gòu)就足以應(yīng)付，但隨著MCU開始加入浮點運算功能后，在性能方面已經(jīng)逐漸提升又兼具控制周邊的情況下，其實是可以開始取代部份DSP甚至是FPGA的應(yīng)用領(lǐng)域，但市場上少部份特殊或是需要極高精準度的工業(yè)馬達領(lǐng)域， 還是會需要FPGA與DSP。

　　DSP我們在此不提。先說FPGA，其最顯著的優(yōu)勢便是靈活性，大致可概括為以下四點：1）設(shè)計集成：通過在FPGA中集成多種功能，能有效地降低系統(tǒng)總成本；2）可重新編程能力：在新方案中通過調(diào)整設(shè)計并重新使用原有單元，能夠縮短產(chǎn)品的面市時間；3）簡化設(shè)計方法：通過提供直觀而且功能強大的設(shè)計流程，簡化設(shè)計方法；4）延長產(chǎn)品生命周期：透過增加特性和功能，F(xiàn)PGA能夠延長產(chǎn)品的生命周期。

　　除此之外，F(xiàn)PGA作為通信協(xié)處理器負責(zé)連接到以太網(wǎng)的工作，靈活的解決方案可以通過一個硬件平臺支持多種協(xié)議；而用FPGA控制馬達，通過它的嵌入式處理器，實時特性和數(shù)字編碼器輕松實現(xiàn)。

　　面對FPGA的迅猛發(fā)展，新唐科技微控制器產(chǎn)品行銷企劃處處長黃日安表示，F(xiàn)PGA的優(yōu)勢是顯而易見的，然而大批量生產(chǎn)成本過高，相較之下MCU更顯實惠。

　　黃日安指出，MCU眾多功能是在出廠前就設(shè)計好，使用者只需用軟件把功能實現(xiàn)出來，不必自己去從無到有的創(chuàng)造一個功能出來。此外，MCU是針對產(chǎn)業(yè)或說系統(tǒng)特別開發(fā)出來最適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品，可以選擇的產(chǎn)品多樣多性，性價比也最高。因此不存在FPGA會影響MCU市場的因素。

　　進一步而言，F(xiàn)PGA的應(yīng)用是要看產(chǎn)品的適用性來決定，而MCU則是可以通用在多種產(chǎn)品應(yīng)用中，因此從軟件與硬件的難易度來看，MCU都有其無法被取代的獨特性?！?a href="http://srfitnesspt.com/emb/danpianji/20140708347761.html" target="_blank">更多詳情】

　　FPGA+MCU？！　融合才是大勢

　　事實上，工業(yè)市場是一個龐大的市場，任何一款主控芯片都無法完全將其覆蓋。就工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域而言，F(xiàn)PGA功耗大，可集成實現(xiàn)高性能，處理快速且沒有延時，適合大平臺大系統(tǒng)作業(yè)。相比之下專注于馬達控制的MCU盡管具備功耗和成本優(yōu)勢但是處理速度不能夠滿足要求。而且現(xiàn)階段，工業(yè)自動化市場領(lǐng)域?qū)PGA器件的要求越來越高，在這些應(yīng)用中，新的市場環(huán)境產(chǎn)生了新的設(shè)計開發(fā)過程，亦增加了電子設(shè)備的復(fù)雜度，繼而會導(dǎo)致顯著增加硬件成本，延長了產(chǎn)品面市時間。故此，設(shè)計的靈活性、器件可靠性、低功耗和性價比成為各FPGA廠商的競逐的焦點。

　　FPGA自從問世以來，就以強大的靈活性著稱。FPGA最大的特點就是可以反復(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現(xiàn)各異的功能，并且，隨著工藝技術(shù)的進步，F(xiàn)PGA的功耗不斷降低，速度逐漸提高，同時成本也越來越低。而FPGA與MCU 融合的平臺也已經(jīng)顯示出種種優(yōu)勢以及廣闊的市場前景，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)傳遞和實時圖像處理系統(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)雜的信號處理算法。

　　而Altera 的SoC 產(chǎn)品則在FPGA集成了MCU，通過硬核處理器系統(tǒng)（HPS）至FPGA寬帶互聯(lián)、硬件加速以及高性能存儲器來提高系統(tǒng)性能。并增加設(shè)計的靈活性、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)品市場經(jīng)理謝曉東曾表示，今后Altera 的FPGA產(chǎn)品將有一半會集成MCU，這將是Altera 重點發(fā)力領(lǐng)域。對于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)和存儲器接口。它同時實現(xiàn)了硬核知識產(chǎn)權(quán)（IP）的性能和低功耗特性，以及可編程邏輯的靈活性，同時滿足性能要求。

　　據(jù)我們的了解，現(xiàn)在的電機控制需要高性能和高效率，對控制精度和響應(yīng)時間提出了更高的要求。MCU通常側(cè)重于I/O接口的數(shù)量和可編程存儲器的大小，非常適用于有大量的I/O操作的場合，所以廣泛應(yīng)用在低成本，低功耗和對精度要求不高的系統(tǒng)中。但由于本身處理能力有限，應(yīng)用的場合受到了比較大的限制。對于電機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十分適合于中高端的電機控制應(yīng)用。由于它以純硬件的方式進行并行處理，而且不占用CPU的資源，所以可以使系統(tǒng)達到很高的性能。兩者的優(yōu)勢互補開始成為FPGA器件廠商研發(fā)的重點方向。

　　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，而且可以簡化設(shè)計流程，加快產(chǎn)品面世速度。

　　對于需要強大效能和控制功能的工業(yè)應(yīng)用來說，F(xiàn)PGA+MCU集成器件是一種理想解決方案。FPGA+MCU集成器件不僅不會替制造商帶來新的設(shè)計挑戰(zhàn)，還在新設(shè)計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)用場合提供了高性能、低功耗、快速設(shè)計、低成本的解決方案。