FPGA研發(fā)之道（2） FPGA和他那些小伙伴們 （一） 系統(tǒng)架構(gòu)組成

1、fpga研發(fā)之道（2） fpga和他那些小伙伴們 （一） 系統(tǒng)架構(gòu)組成通常來(lái)講，“一個(gè)英雄三個(gè)幫”，一個(gè)完整的系統(tǒng)中由單獨(dú)一個(gè)用法的狀況較少。通常由多個(gè)器件組合完成，例如由一個(gè)fpga+cpu來(lái)構(gòu)成。通常為一個(gè)fpga+，arm負(fù)責(zé)軟件配置管理，界面輸入外設(shè)操作等操作，fpga負(fù)責(zé)大數(shù)據(jù)量運(yùn)算，可以看做cpu的專(zhuān)用協(xié)處理器來(lái)用法，也常會(huì)用于擴(kuò)展外部接口。常用的有arm+fpga，+fpga，或者網(wǎng)絡(luò)處理器+fpga等種種架構(gòu)形式，這些架構(gòu)形式構(gòu)成囫圇高速嵌入式設(shè)備的處理形態(tài)。不得不說(shuō)的是，隨著技術(shù)的長(zhǎng)進(jìn)，現(xiàn)在cpu中集成的單元也隨之增強(qiáng)，例如ti的“達(dá)芬奇”架構(gòu)的處理器內(nèi)部通常由arm+dsp

2、構(gòu)成。同時(shí)異構(gòu)的處理器形態(tài)業(yè)逐漸流行，如arm9+arm7的結(jié)構(gòu)。這類(lèi)一個(gè)主要處理系統(tǒng)(arm9)外帶輔助處理系統(tǒng)(arm7)的設(shè)計(jì)，同樣成為現(xiàn)在處理器設(shè)計(jì)的流行方向。主處理系統(tǒng)運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)，而輔助處理單元?jiǎng)t專(zhuān)注某一些的專(zhuān)用領(lǐng)域的處理。這些系統(tǒng)的應(yīng)用削減了fpga作為cpu協(xié)處理單元的領(lǐng)域。由于究竟fpga相比arm等流行嵌入式處理器價(jià)格要相對(duì)較高。在這種情形下，fpga的廠商似乎也感觸到了壓力，不謀而合推出了帶arm硬核的fpga，例如ara的 和xilinx的zynq和altera的soc fpga。這是即是相互競(jìng)爭(zhēng)的需要，也是同眾多cpu廠商一掰手腕的杰總。即使在這兩種在趨勢(shì)下，經(jīng)

3、典的處理器+fpga的設(shè)計(jì)仍然可看做為高性能嵌入式系統(tǒng)的典型配置。經(jīng)典的處理器+fpga的配置中有多種的架構(gòu)形式，即多個(gè)處理器單元,可能是arm，,或者dsp，fpga也可能是多片的配置，詳細(xì)架構(gòu)形式于詳細(xì)處理的業(yè)務(wù)相關(guān)和目標(biāo)設(shè)備的定位也相關(guān)。由于fpga作為容易業(yè)務(wù)流大數(shù)據(jù)量的處理形態(tài)仍然是cpu無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，fpga內(nèi)部可以開(kāi)發(fā)大量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并行，從而實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)處理。在實(shí)現(xiàn)高速處理方面，cpu的另一個(gè)進(jìn)展趨勢(shì)是多核，多核處理器也能處理大數(shù)據(jù)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，采納mips處理器，通過(guò)二維mash網(wǎng)絡(luò)銜接在一起，形成noc的結(jié)構(gòu)。在性能上已經(jīng)和現(xiàn)

4、有的高速fpga的處理能力上八兩半斤。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，例如拜訪(fǎng)同一資源，就會(huì)造成讀寫(xiě)的緩存全都的問(wèn)題，解決的這一問(wèn)題的自然思路是加鎖，即在變量拜訪(fǎng)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拜訪(fǎng)，都可以變成工程師的設(shè)計(jì)水平的問(wèn)題，沒(méi)有原理性的挑戰(zhàn)。沒(méi)有一種器件可以滿(mǎn)足全人類(lèi)的眾多需求，因此不用不安fpga沒(méi)實(shí)用武之地。必然是一系列產(chǎn)品的組合。下面主要介紹一下fpga可以作為現(xiàn)今熱門(mén)場(chǎng)景的幾種應(yīng)用。（1）網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)產(chǎn)品，特殊是現(xiàn)在的nas，或者san設(shè)備上，其存儲(chǔ)的時(shí)光、接口、平安性等都要求較高，而

5、fpga無(wú)論處理性能還是擴(kuò)展接口的能力都使其在這一領(lǐng)域大有作為?，F(xiàn)在高端fpga單片就可以擴(kuò)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(duì)的固定，也使fpga在這一領(lǐng)域有大量的可能應(yīng)用。（2）高速網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，現(xiàn)在高速網(wǎng)絡(luò)設(shè)備10g、40/100g以太網(wǎng)設(shè)備領(lǐng)域，同樣fpga也是關(guān)鍵的處理部件。特殊是ipv6的商用化及大數(shù)據(jù)對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施的高要求，都使這一領(lǐng)域的處理應(yīng)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(gòu)。（3）4g等通信設(shè)備，對(duì)于新一代通信基站的信號(hào)處理，fpga+dsp陣列的架構(gòu)就是絕配。特殊是在專(zhuān)用處理芯片面世之前，這樣的架構(gòu)可以保證新一代通信基礎(chǔ)設(shè)施的快速研發(fā)和部署。沒(méi)有完善的架構(gòu)，惟獨(dú)合適的組合，各種芯片和架構(gòu)都是為應(yīng)用服務(wù)，相互的滲透是趨勢(shì)，也是必定。fpga相對(duì)處理器的可編程領(lǐng)域，仍然屬于小眾（雖然人數(shù)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