|
通常來(lái)講，“一個(gè)好漢三個(gè)幫”，一個(gè)完整的嵌入式系統中由單獨一個(gè)FPGA使用的情況較少。通常由多個(gè)器件組合完成，例如由一個(gè)FPGA+CPU來(lái)構成。通常為一個(gè)FPGA+ARM，ARM負責軟件配置管理，界面輸入外設操作等操作，FPGA負責大數據量運算，可以看做CPU的專(zhuān)用協(xié)處理器來(lái)使用，也常會(huì )用于擴展外部接口。常用的有ARM+FPGA，DSP+FPGA，或者網(wǎng)絡(luò )處理器+FPGA等種種架構形式，這些架構形式構成整個(gè)高速嵌入式設備的處理形態(tài)。 不得不說(shuō)的是，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，現在CPU中集成的單元也隨之增加，例如TI的“達芬奇”架構的處理器內部通常由ARM+DSP構成。同時(shí)異構的處理器形態(tài)業(yè)逐漸流行，如ARM9+ARM7的結構。這類(lèi)一個(gè)主要處理系統(ARM9)外帶輔助處理系統(ARM7)的設計，同樣成為現在處理器設計的流行方向。主處理系統運行嵌入式操作系統，而輔助處理單元則專(zhuān)注某一些的專(zhuān)用領(lǐng)域的處理。這些系統的應用減少了FPGA作為CPU協(xié)處理單元的領(lǐng)域。因為畢竟FPGA相比ARM等流行嵌入式處理器價(jià)格要相對較高。 在這種情形下，FPGA的廠(chǎng)商似乎也感受到了壓力，不約而同推出了帶ARM硬核的FPGA，例如ALTERA的 和XILINX的ZYNQ和ALTERA的SOC FPGA。這是即是互相競爭的需要，也是同眾多CPU廠(chǎng)商一掰手腕的杰總。即使在這兩種在趨勢下，經(jīng)典的處理器+FPGA的設計仍然可看做為高性能嵌入式系統的典型配置。 經(jīng)典的處理器+FPGA的配置中有多種的架構形式，即多個(gè)處理器單元,可能是ARM，MIPS,或者DSP，FPGA也可能是多片的配置，具體架構形式于具體處理的業(yè)務(wù)相關(guān)和目標設備的定位也相關(guān)。因為FPGA作為簡(jiǎn)單業(yè)務(wù)流大數據量的處理形態(tài)仍然是CPU無(wú)可比擬的優(yōu)勢，FPGA內部可以開(kāi)發(fā)大量業(yè)務(wù)數據并行，從而實(shí)現高速的數據處理。 在實(shí)現高速處理方面，CPU的另一個(gè)發(fā)展趨勢是多核，多核處理器也能處理大數據量的業(yè)務(wù)的并行，例如業(yè)界TERILA已推出64核的多核處理器，采用MIPS處理器，通過(guò)二維MASH網(wǎng)絡(luò )連接在一起，形成NOC的結構。在性能上已經(jīng)和現有的高速FPGA的處理能力上不相上下。但是多核處理器的不得不說(shuō)的問(wèn)題就是，同一業(yè)務(wù)流分配到多核處理上后，如需交互，例如訪(fǎng)問(wèn)同一資源，就會(huì )造成讀寫(xiě)的緩存一致的問(wèn)題，解決的這一問(wèn)題的天然思路是加鎖，即在變量訪(fǎng)問(wèn)上加自旋鎖，但是帶來(lái)的問(wèn)題就是處理性能的急劇下降。而FPGA無(wú)論并行處理和同一變量的訪(fǎng)問(wèn)，都可以變成工程師的設計水平的問(wèn)題，沒(méi)有原理性的挑戰。 沒(méi)有一種器件可以滿(mǎn)足全人類(lèi)的眾多需求，因此不用擔心FPGA沒(méi)有用武之地。必定是一系列產(chǎn)品的組合。下面主要介紹一下FPGA可以作為現今熱門(mén)場(chǎng)景的幾種應用。 (1)網(wǎng)絡(luò )存儲產(chǎn)品，特別是現在的NAS，或者SAN設備上，其存儲的時(shí)間、接口、安全性等都要求較高，而FPGA無(wú)論處理性能還是擴展接口的能力都使其在這一領(lǐng)域大有作為�，F在高端FPGA單片就可以擴展32個(gè)或者更多4G或者8G的FC接口。并且其協(xié)議處理相對的固定，也使FPGA在這一領(lǐng)域有大量的可能應用。 (2)高速網(wǎng)絡(luò )設備，現在高速網(wǎng)絡(luò )設備10G、40/100G以太網(wǎng)設備領(lǐng)域，同樣FPGA也是關(guān)鍵的處理部件。特別是IPv6的商用化及大數據對于基礎設施的高要求，都使這一領(lǐng)域的處理應用會(huì )逐漸廣泛，這一領(lǐng)域通常是高速網(wǎng)絡(luò )處理器(NP)+FPGA的典型架構。 (3)4G等通信設備，對于新一代通信基站的信號處理，FPGA+DSP陣列的架構就是絕配。特別是在專(zhuān)用處理芯片面世之前，這樣的架構可以保證新一代通信基礎設施的迅速研發(fā)和部署。 沒(méi)有完美的架構，只有合適的組合，各種芯片和架構都是為應用服務(wù)，互相的滲透是趨勢，也是必然。FPGA相對處理器的可編程領(lǐng)域，仍然屬于小眾(雖然人數也不少)。但是正像一則笑話(huà)所說(shuō)：大腿雖然比根命根子粗，但決沒(méi)有命子重要。這算開(kāi)個(gè)玩笑。FPGA的實(shí)現為以后的芯片化留下了許多可能和想象空間，從而在應用大量爆發(fā)時(shí)通過(guò)芯片化來(lái)大幅降低成本，這這也正是其他可編程器件所不能比擬的。 |
