可配置平台:殊途同归

技术分类: 嵌入式系统  | 2004-09-20
穆强,EDN China执行主编

  尽管实现的方法各有差异,但是设计界努力的目标是一致的,即寻求一种能够满足功能性要求,又能够保持足够灵活性的可配置设计平台

  在FPGA诞生后的头十年中,它与ASIC所服务的市场可以说是泾渭分明,大家过得也算是相安无事。可是后来,尤其是最近的五年中,工业界的价值标准发生了深刻的变化:主频和线宽不再成为衡量一件产品优劣的唯一指标,倒是“面市时间”这个反映实现能力的词汇常常挂在人们嘴边。也就是说,工业界对于设计响应市场变化的灵活性提出了更高的要求。恰逢此时,经济衰退中半导体工艺升级步伐的减缓将ASIC拖入了高成本的泥潭,因此以FPGA为代表的可编程技术越发显现出它的“侵略性”,不断在应用市场中攻城掠地,蚕食ASIC的市场空间。
  虽然关于“ASIC和FPGA采用谁”的争论由来已久,但归根结底就是设计界希望在功能性和灵活性之间找到一种均衡,达到“鱼和熊掌兼得”的境界。在对这两“性”有着鲜明需求倾向的领域,选择谁自不必说,因此大家争夺的焦点就落在了要功能性和灵活性兼顾的“中间地带”。在过去的几年中,我们已经看到了ASIC和FPGA两个阵营为此进行的努力。从现在的形势上看,ASIC阵营的步
伐似乎要慢半拍,他们的努力大多还是集中在对ASIC产品制造及升级成本的削减方面,结构化ASIC的出现就是一个例子(参见附文《从ASIC逼近》)。而目前市场中比较成熟的、符合“不大改动系统平台的情况下具有改变系统特性和行为的灵活性”定义的可配置设计平台,大多来自于FPGA厂商。
  目前设计界在“可配置平台”的实现上,基本上是因循着“微处理器+可编程逻辑”的思路进行的。那么不同可配置平台间的差异性,很大程度上就体现在对微处理器和可编程逻辑的设计和选择上。
  硬核平台
  面对广大的嵌入式应用,CPU往往是系统最终性能表现优劣的关键。因此FPGA厂商往往会选择在FPGA中集成硬核CPU以及其他外围模块的方式,创造出一种满足高性能应用的器件类型。
  在硬核CPU的选用上,Xilinx公司采用的是PowerPC 405,这是一个 32位RISC核,将其集成在Xilinx的Virtex-Ⅱ Pro器件中后,工作频率可以达到400MHz,性能超过了600DMIPS,这一出众的性能使Virtex-Ⅱ Pro受到网络电信、音视频处理等高端应用的青睐。
  与Xilinx不同,另一家FPGA厂商Altera公司在设计基于硬核的可配置平台时,选用了公开授权的ARM922架构,这是一个主频可以达到200MHz的32位RISC内核,它与Altera的APEX FPGA架构集成后形成了被称为Excalibur的系列器件,根据可编程逻辑密度和外围模块的不同Excalibur共有三个型号。Altera公司IP业务部副总裁Craig Lytle表示,Excalibur器件是专门针对喜欢采用ARM指令集架构(ISA)并寻求完整的处理器次系统来充当主处理器的客户设计的,而且他坚定的认为,与PowerPC相比,作为可配置平台的CPU硬核,ARM是一种更有前途的架构,这是因为“ARM的AMBA总线架构是事实上的行业标准,很多IP供应商已将AMBA总线架构标准化”,这对于平台功能的扩展与升级是十分关键的。
  尽管业内存在不同的声音,Xilinx仍然对它的基于PowerPC的产品线充满信心。到目前为止,Xilinx已经付运的PowerPC内核超过了10万,而且在PowerPC技术的推广上它依然在奉行着一种“强硬”的市场策略,即在几乎所有的Virtex-Ⅱ Pro器件中都加入PowerPC内核,此举的意义在于只要是使用Virtex-Ⅱ Pro FPGA产品的客户,不论其现在的设计需要微处理器内核与否,都成为了基于PowerPC平台的潜在的使用者。根据Gartner的测算,目前在Xilinx超过10万的客户中,大约有2.6%的客户具有“激活”PowerPC内核的设计工具,有1.3%的客户已经在从事基于PowerPC的设计。可以说,这是目前最大的基于硬核的可配置平台开发社区。
基于FPGA的主流可配置平台
表1,基于FPGA的主流可配置平台


  不过在Xilinx公司对PowerPC信心十足之时,一个微妙的变化值得留意——今年3月,Xilinx收购了一家名为Triscend的芯片公司,该公司曾经推出一款被称为CSoC(Configurable System-On-Chip,可配置系统级芯片)的器件,其采用的也是一种“微处理器+可编程逻辑”的架构,而其中的CPU内核选用的是ARM7TDMI。对于这次并购,Xilinx公司亚太区高端产品市场经理梁晓明先生的解释是“两家公司在技术上的联姻可以为Xilinx公司进入潜力巨大的嵌入式市场提供支持”,但这背后的潜台词是否是“Xilinx也在考虑在可配置设计平台中引入ARM架构”呢?让我们拭目以待。
 
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