扩大应用市场 FPGA商采用CPU架构蔚为潮流
嵌入式处理这一个术语其实涵盖了多种应用,从对成本非常敏感的4位元处理器到非常复杂的多核心64位元处理器。这种广泛的应用一直支援各种类型的处理器、作业系统和软体供应商。与10年前相比,这种广泛性在2011年表现出很大的不同,对于其规模和多样性而言,嵌入式市场整体成长速度不但快,且处理器功能的发展亦日趋进步;例如16位元微控制器逐渐被32位元CPU替代。同时,四种应用最广泛的架构进一步增强了对32位元CPU系列的支援,这些架构包括安谋国际(ARM)、MIPS、PowerPC和x86。之所以对其进行增强动作,主要是因为软体特性和功能重用。而采用了这些CPU架构之一的SoC FPGA能够占据更大的市场,因此,FPGA供应商更愿意在这类半导体上扩大投资。
平台效应加速SoC FPGA设计趋势成形
生产厂商、使用者和辅助支援系统在产品上彼此之间会有影响时,就会出现网路效应,或者称为平台效应。平台效应的基本原理是某一种产品或者标准的应用越多,它在使用者基础和辅助支援系统中的价值就越高。结果,使用者基础和辅助支援系统就会在这种技术上加大投入,进而吸引更多的应用,产生一种自我增强的良性循环。熟悉的例子包括PC、视讯记录格式和社交网站等。
一般而言,有可能产生自我增强循环的产品将会在这种循环中不断发展,这是因为参与到新产品中的所有成员都会获得较高的投资回报。平台效应一旦开始启动后,就会吸引各家厂商争相投入,而SoC FPGA市场则很快就会转向这一个标准。
随着SoC FPGA的不断发展,用户将非常愿意重新使用他们在多种系统中使用过的FPGA IP和设计软体。例如,CPU辅助支援系统中的成员愿意尽可能减少学习FPGA开发工具,而CPU供应商也希望减少FPGA开发工具的数量。最终,支援多家供应商和CPU架构的SoC FPGA平台很有可能触发这种平台效应,帮助这些使用者和辅助支援系统成员获得很大的优势。
以FPGA业者Altera为例,其在嵌入式系统上进行了多年的创新投入后,已启动了“嵌入式计划”,目的是建立一个可让多家供应商采用同一种FPGA设计流程方法,并可使用多CPU架构的SoC FPGA平台。
FPGA设计流程方法可以作为多种SoC FPGA的基础,以及使用软式核心CPU和其他软式核心IP的SoC解决方案。例如FPGA厂商可获得ARM(硬式核心)、MIPS(软式核心)和Nios II(软式核心)CPU或者由英特尔提供的Atom E6X5C可配置处理器。这种整合方法可在一种FPGA架构和设计流程中,统一三种主要的CPU架构,以及最流行的、采用FPGA架构的软式核心CPU。
FPGA设计流程整合方法旨在激励辅助支援系统从主要处理器架构,转向投入单一FPGA平台和工具流程,进而带来丰富的工具、应用软体、作业系统软体和专业知识支援。随数百家全球辅助支援系统成员在CPU架构上的投入,此一FPGA平台及其越来越多的工具、软体和IP应用亦日趋广泛,对系统设计人员也越来越重要,证明其价值定位将促进更多应用,进而推动了良性平台的产业生态。
提高SoC FPGA设计效率 系统整合工具角色吃重
这一个多供应商平台的组成关键,是可对FPGA逻辑进行程式设计的Quartus II软体。Quartus II软体包括Qsys系统整合工具,采用了Altera的第二代交换架构技术,用于加速软式核心IP的开发、重用和整合。采用使用者图形介面(GUI)架构的Quartus II软体有免费的网路版和完全授权的版本,其可提供包括系统设计、时序收敛、系统验证,以及协力厂商电子自动化设计(EDA)工具支援,进而满足了效能和性能上的需求。
除Altera传统的Avalon记忆体映射(Avalon-MM)介面和资料通路汇流排介面规范,Qsys还支援ARM AXI标准,可以采用自动的混合匹配方法来整合采用Avalon架构的IP和采用AXI架构的IP。Qsys亦支援利用直观快速的设计经验,在通用平台上可方便进行设计或者系统内验证,进而实现采用ARM架构和Intel的SoC FPGA,以及实现采用MIPS和Nios II软式核心CPU的SoC。
客制化28奈米系列元件 强化产品竞争力
Altera的28奈米FPGA系列元件可针对用户各种设计需求进行客制化,并可为各种终端应用需求提供适当的FPGA架构和制程技术,如高效能的Stratix V元件、低成本的Cyclone V元件以及在性能和成本上达到均衡的中阶Arria V元件。全系列SoC FPGA皆受益于28奈米制程所带来的优势。此外,如图2所示,最新的SoC FPGA亦将含有采用ARM Cortex-A9架构核心的高阶处理器模块。