FPGA中的處理器IP概述

摘要：在工程設計中，如何選擇微處理器核越來越重要，本文對FPGA設計中所用的處理器IP核進行了探討。LatdceMic032軟核具有技術上的優勢，不僅擁有IP核，還有構建平臺的工具。

關鍵詞：軟核；硬核；處理器IP

可編程邏輯業對微處理器核的報道層出不窮，包括與ARM和MIPS的協議，這些討論已經持續了數年。然而，討論的主題大體上沒什么改變，諸如采用硬核還是軟核?采用供應商的特定標準還是行業標準?這些核如何用來全方位地支持生態系統?如何根據成本、功耗和性能來選擇微處理器?如何根據應用來選擇核?

嵌入式微處理器的情況也沒有太大的改變：設計人員可以選擇供應商的特定軟核，例如萊迪思的LatticeMico32(圖1)、Altera的Nios II和Xilinx的MicroBlaze(目前沒有供應商提供硬核)。在行業標準方面，現有ARM公司的軟核和PowerPC硬核。

設計人員對于IP的優點和缺點都十分清楚。供應商特定的軟核提供良好的成本和性能優勢，因為它們是針對供應商的特定FPGA而優化的。然而，工業標準的核雖然沒有像軟核那樣有效或節約成本，但聲稱擁有全方位的支持，以及擁有多年來設計人員所熟悉的用于ASIC或分立處理器設計的工具。不過，像LatticeMico32那樣的軟核在技術上也很有優勢(不僅僅擁有核，還有構建平臺的工具)，還有可用于任何ARM或MIPS發布的用FPGA實現的軟核。

傳統理論認為，使用軟核是一種避免微處理器過時的方法，而硬核(相對于軟核而言)具有低成本、低功耗和更高的性能(但不靈活)的特點。然而，通常認為硬核有風險：他們占用了空間，對不需要使用他們的客戶來說增加了成本，如果隨后需要這個硬核能夠提供更高性能的處理，那么很快會出現過時的情況。

人們通常按習慣做事，但是傳統的知識是隨著時代而變化的(或者更確切地說，是隨著技術而變化的)。隨著穩步發展的更小的芯片尺寸，現在FPGA結構之中的硬核和軟核只占用很小的空間，實際上對一個更大的FPGA而言并沒有增加成本。

反復的討論表明，硬核相對于軟核、專門供應商與行業標準的嵌入式微處理器之間的爭論，目前仍沒有任何明確的“贏家”。

最感興趣的是了解FPGA中處理器的使用已與以下三大類別之一的相同：

·以前的ASIC／片上系統(SoC)是針對FPGA的。他們的微處理器核的應用是最少的，而且也是最苛刻的。對于SoC而言，功能更強大的核是非常重要的，因為使用現有的軟件應用代碼，可以證明這些將針對行業標準處理器的硬核。

·分布式計算。對于這些應用，FPGA將有專門的處理引擎，在電路板上具有與FPGA分開的高速處理器。在這種情況下，FPGA本身并不需要先進的處理器性能。

·低性能處理。在這些應用中，性能較低的處理器的功能添加至FPGA，會增加一點成本或對成本沒有影響。大多數在FPGA中使用處理器的應用將繼續歸為這一類。

可以很肯定地說，目前期望FPGA廠商提供嵌入式微處理器核、工具、外圍設備和其他的IP、互連的IP、參考設計和基于這些核實現平臺的庫(所有這些可縮寫為“處理器的IP”)。總之，微處理器核已經從“可選”到“標準”的FPGA設備，處理器IP的重要性從來沒有像現在那么突出。