嵌入式应用成SoC FPGA新引擎

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。”Altera亚太区产品市场经理谢晓东对《中国电子报》记者表示。

应用要求高效低功耗

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。谢晓东介绍说，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。”谢晓东介绍说。

谢晓东进一步提到，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。

而最具革命的方面是Altera的SoC FPGA虚拟目标。谢晓东指出，Altera SoC FPGA虚拟目标是对双核ARMCortex-A9嵌入式处理器系统的快速功能仿真。在PC上，该仿真平台运行Linux或者VxWorks操作系统，并且加入FPGA在环。客户可以对实际开发电路板进行建模，虚拟目标与其仿真的实际硬件二进制和寄存器兼容，当拿到芯片之后，不需修改就能够在虚拟目标调试通过的程序下载到硬件中运行。

目前Altera正与工业界领先公司合作进行评估和开发针对SoC FPGA的应用。借助虚拟目标和FPGA在环，使客户可以在硬件开发之前进行软件开发，从而实现FPGA所具有的先进特性。

设计取决于系统应用

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。Altera公司主席、首席执行官和董事会主席John Daane指出，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。

John Daane进一步解释说，比如一些选择是在电路级，需设不同版本的收发器工作在不同速率上，实现不同等级的能耗。其他决定是在模块级，PCI Express Gen3或者DDR3等对性能要求很高和功耗要求很严的控制器是在可程序设计单元中实现，还是在固定硬件中实现?这类模块是应该连接至可程序设计架构，还是硬线连接的系统总线，还是都需要连接?答案取决于应用。

谈及今年目标，John Daane提到，今年Altera将继续在28 nm以及后续节点与代工线伙伴合作，不断在工艺、器件和电路上实现创新，保持公司在硅片和电路上的技术领先优势。Altera将继续深入理解各种专业应用，从而能够交付有助于用户加速其设计规划实施的IP和参考设计。

IC观察

应用处理器暗战谁有胜算

李映

全球半导体市场热点正逐渐由CPU向应用处理器(AP)转移，AP市场将呈爆炸式增长，这主要得益于智能设备的持续增长。据预测，2015年智能设备出货量将增长至约20亿台。全球AP市场将急剧扩大至380亿美元，这使得无数芯片厂商“竞折腰”。

目前苹果、高通、三星、TI、Nvidia、ST-Ericsson等厂商主导应用处理器市场，英特尔携X86架构染指这一市场，在2G手机时代称霸的MTK以及晨星、展讯等也在加快布局，随着华为四核处理器的推出，以及近期推出了“泰山”平台的新晋厂商新岸线，应用处理器市场将掀起新一轮暗战。对AP厂商来说，这将带来全方位的考验：

一是随着智能手机功能的不断丰富，对应用处理器的计算能力与多媒体处理能力、功耗控制以及通信模块的配合有了更新更高的要求。在这场比拼中，除了在高性能、低功耗、高集成等方面不断下工夫外，还需要保证稳定可靠的供货能力，需要后续强大的研发实力。

二是全平台整合能力。智能手机操作系统是苹果、Android、微软三分天下，能够提供全平台方案包括Modem+AP+无线芯片的厂商将更具竞争力。相比仅有OMAP的TI，博通显然更值得期待。而前不久ST-Ericsson将AP业务转手ST应是不得已为之，其后表现或会“打折”。

三是合作伙伴。合作伙伴的表现也是左右AP厂商的关键。高通在这方面要比Nvidia的胜算更多一些，始终能与强大的合作伙伴结盟也是对AP厂商的一大考验。当然，某些厂商可以“自给自足”，但最终目标应还是“广开门路”。