FPGA研發(fā)之道(21)-雞肋?

　　通常認為，SOPC是FPGA設計中的雞肋，“棄之可惜，食之無味”。誠然，SOPC一直不是FPGA的主流應用設計，制約主要因素則是性能，因為作為處理器使用時，處理器主頻是其應用范圍的瓶頸(SOPC的軟核處理器一般運行幾十兆到百兆，而一般的嵌入式處理器系統(tǒng)在幾百兆到Ghz的主頻)。但是若因此說成“雞肋”，也確實夸張。廠家推出SOPC的設計，其優(yōu)點主要有一下幾點，其一：是差異化競爭的需要。其二，擴大應用范圍，爭取更多的軟件工程師能夠從事FPGA設計。其三，可以替代低性能處理器，減少板級的面積和BOM成本。

　　那么，那么FPGA內(nèi)部基于軟核處理器的系統(tǒng)的主要應用場景有哪些，總結(jié)如下：

　　(1) 管理配置：對于性能無要求的管理配置功能。如某外接芯片或FPGA內(nèi)部IP在其工作之前，需進行初始化和管理配置，而初始化的模塊較多或者管理配置較為復雜，此種情況下，用軟件處理更為方便合理。因此，假如FPGA內(nèi)部資源較為充足，通過內(nèi)部建立SOPC系統(tǒng)，利用片內(nèi)的軟件給多個外圍模塊或者內(nèi)部IP進行初始化的配置管理，即省去配置CPU，減少板級面積，也能便于配置的修改，同時還可以作為前面講的可測性設計的一部分，用于內(nèi)部各模塊計數(shù)統(tǒng)計，功能測試等。

　　(2) 配合專用硬件加速單元使用： SOPC系統(tǒng)可以通過總線擴展專用協(xié)處理單元。即將關鍵模塊硬件化實現(xiàn)，實現(xiàn)高速的處理。舉例說，如實現(xiàn)圖像處理功能，而SOPC的軟件性能不能支持高分辨率圖像的處理能力，則可以通過邏輯實現(xiàn)專用的圖像處理算法，通過總線接口與SOPC系統(tǒng)連接。，SOPC只作為數(shù)據(jù)的管理和調(diào)度使用。 此外廠商還這么提供了SOPC優(yōu)化手段，例如通過算法指令分析，確定最多的操作，通過專用指令硬件實現(xiàn)，通過在程序中調(diào)用專用指令，也是能夠提升性能的方式之一。

　　(3) 多核并行：這里多核并行通常意義不同，指通過多個SOPC系統(tǒng)，并行執(zhí)行，可以提升系統(tǒng)的性能。對于單指令集多數(shù)據(jù)流的業(yè)務，通過將業(yè)務流分配到多個SOPC上，通過多個SOPC系統(tǒng)并行處理的方式，來提升整個系統(tǒng)的性能。此種情況下，通過多個SOPC系統(tǒng)并行處理，需滿足幾個條件：(1)即業(yè)務之間沒有關聯(lián)性，不需要再多個SOPC之間進行數(shù)據(jù)的交互，否則會影響整個系統(tǒng)的性能。(2)程序區(qū)不能太大，最好全部存儲在片內(nèi)RAM中。而不用占用外部存儲區(qū)(DDR或者SRAM)，否則，多個片上存儲系統(tǒng)爭搶外部存儲區(qū)，可能會造成系統(tǒng)性能的瓶頸，如需存儲在片外，則接口競爭部分則是關鍵設計。

　　SOPC就像一個偏科生，其優(yōu)點和缺點都是那么明顯，即其強大的靈活性和可編程性，配置其可憐的主頻。但是通過一系列提升性能的手段，SOPC在某些業(yè)務中也可以大顯身手，尤其是需求頻繁變更的業(yè)務，將變化部分通過軟件實現(xiàn)，而不變部分硬件化實現(xiàn)，可以更快的滿足市場的需求。

　　最后，軟核CPU處理能力的瓶頸，也促使現(xiàn)有FPGA廠商提供了基于硬核CPU的SOC+FPGA的解決方案，而這些的努力將促進FPGA應用場景的擴展。FPGA廣闊天地，大有可為。