主處理係統運行嵌入式操作係統
，而輔助處理單元則專注某一些的專用領域的處理。這些係統的應用減少了FPGA作為CPU協處理單元的領域。因為畢竟FPGA相比ARM等流行嵌入式處理器價格要相對較高。

在這種情形下，FPGA的廠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廠商一掰手腕的傑作。即使在這兩種在趨勢下

，經典的處理器+FPGA的設計仍然可看做為高性能嵌入式係統的典型配置。

經典的處理器+FPGA的配置中有多種的架構形式，即多個處理器單元,可能是ARM，MIPS,或者DSP，FPGA也可能是多片的配置，具體架構形式於具體處理的業務相關和目標設備的定位也相關。因為FPGA作為簡單業務流大數據量的處理形態仍然是CPU無可比擬的優勢，FPGA內部可以開發大量業務數據並行，從而實現高速的數據處理。

在實現高速處理方麵，CPU的另一個發展趨勢是多核
，多核處理器也能處理大數據量的業務的並行，例如業界TERILA已推出64核的多核處理器，采用MIPS處理器
，通過二維MASH網絡連接在一起，形成NOC的結構。在性能上已經和現有的高速FPGA的de處chu理li能neng力li上shang不bu相xiang上shang下xia。但dan是shi多duo核he處chu理li器qi的de不bu得de不bu說shuo的de問wen題ti就jiu是shi，同tong一yi業ye務wu流liu分fen配pei到dao多duo核he處chu理li上shang後hou，如ru需xu交jiao互hu，例li如ru訪fang問wen同tong一yi資zi源yuan，就jiu會hui造zao成cheng讀du寫xie的de緩huan存cun一yi致zhi的de問wen題ti，解jie決jue的de這zhe一yi問wen題ti的de天tian然ran思si路lu是shi加jia鎖suo，即ji在zai變bian量liang訪fang問wen上shang加jia自zi旋xuan鎖suo，但dan是shi帶dai來lai的de問wen題ti就jiu是shi處chu理li性xing能neng的de急ji劇ju下xia降jiang。而erFPGA無論並行處理和同一變量的訪問，都可以變成工程師的設計水平的問題，沒有原理性的挑戰。

FPGA的幾種熱門應用

沒有一種器件可以滿足全人類的眾多需求，因此不用擔心FPGA沒有用武之地。必定是一係列產品的組合。下麵主要介紹一下FPGA可以作為現今熱門場景的幾種應用。

（1）網絡存儲產品，特別是現在的NAS


，或者SAN設備上，其存儲的時間、接口、安全性等都要求較高，而FPGA無論處理性能還是擴展接口的能力都使其在這一領域大有作為。現在高端FPGA單片就可以擴展32個或者更多4G或者8G的FC接口。並且其協議處理相對的固定
，也使FPGA在這一領域有大量的可能應用。

（2）高速網絡設備
，現在高速網絡設備10G、40/100G以太網設備領域，同樣FPGA也是關鍵的處理部件。特別是IPv6的商用化及大數據對於基礎設施的高要求，都使這一領域的處理應用會逐漸廣泛，這一領域通常是高速網絡處理器（NP）+FPGA的典型架構。

（3）4G等通信設備
，對於新一代通信基站的信號處理，FPGA+DSP陣列的架構就是絕配。特別是在專用處理芯片麵世之前，這樣的架構可以保證新一代通信基礎設施的迅速研發和部署。

沒有完美的架構
，隻有合適的組合，各種芯片和架構都是為應用服務，互相的滲透是趨勢，也是必然。FPGA相對處理器的可編程領域

，仍然屬於小眾（雖然人數也不少）。但是正像一則笑話所說：大腿雖然比根命根子粗，但決沒有命子重要。這算開個玩笑。FPGA的實現為以後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時通過芯片化來大幅降低成本
，這這也正是其他可編程器件所不能比擬的。

FPGA與各組成器件之間互聯

係統架構確定
，下一步就是FPGA與各組成器件之間互聯的問題了。通常來說
，CPU和FPGA的互聯接口
，主要取決兩個要素：

（1）CPU所支持的接口。

（2）交互的業務。

通常來說，FPGA一般支持與CPU連接的數字接口，其常用的有EMIF
，PCI,PCI-E,UPP,網口（MII/GMII/RGMII），DDR等接口。作為總線類接口
，FPGA通常作為從設備與CPU連接，CPU作為主設備通過訪問直接映射的地址對FPGA進行訪問。根據是否有時鍾同步

，通常總線訪問分為同步或異步的總線
，根據CPU外部總線協議有所不同，但數據、地址

、控製信號基本是總線訪問類型中總線信號所不能省略的。CPU手冊中會對信號定義和時序控製有著詳細的說明，FPGA需要根據這些詳細說明來實現相應的邏輯。同時CPU還可以對訪問時序進行設置，比如最快時鍾，甚至所需的最小建立時間和保持時間
，這些一般CPU都可以進行設置，而這些具體參數，不僅影響FPGA的(de)實(shi)現(xian)，也(ye)決(jue)定(ding)總(zong)線(xian)訪(fang)問(wen)的(de)速(su)度(du)和(he)效(xiao)率(lv)。對(dui)於(yu)同(tong)步(bu)總(zong)線(xian)，隻(zhi)需(xu)要(yao)根(gen)據(ju)輸(shu)入(ru)時(shi)鍾(zhong)進(jin)行(xing)采(cai)樣(yang)處(chu)理(li)即(ji)可(ke)，但(dan)對(dui)於(yu)異(yi)步(bu)總(zong)線(xian)，則(ze)需(xu)要(yao)的(de)對(dui)進(jin)入(ru)的(de)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)同(tong)步(bu)化(hua)處(chu)理(li)，通(tong)常(chang)處(chu)理(li)方(fang)式(shi)是(shi)寄(ji)存(cun)兩(liang)拍(pai)，去(qu)掉(diao)毛(mao)刺(ci)。

因此用於采樣的時鍾就與CPUsuoshezhidezongxiancanshuxiangguan
，rucaiyangshizhongjiaodi，dengkongzhixinhaowendinghouzaiyimahoushuchu
，yigezongxiancaozuozhouqideshijianjiuhuixiangduijiaochang，qichulidexiaolvyexiangduijiaodi；假如采樣時鍾過快

，則對關鍵路徑又是一個挑戰，因此合理設定采樣頻率，便於接口的移植並接口的效率是設計的關鍵點和平衡點。

對(dui)於(yu)總(zong)線(xian)型(xing)的(de)訪(fang)問(wen)來(lai)說(shuo)，數(shu)據(ju)信(xin)號(hao)通(tong)常(chang)為(wei)三(san)態(tai)信(xin)號(hao)
，用(yong)於(yu)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)。這(zhe)種(zhong)設(she)計(ji)的(de)目(mu)的(de)是(shi)為(wei)了(le)減(jian)少(shao)外(wai)部(bu)連(lian)線(xian)的(de)數(shu)量(liang)。因(yin)為(wei)數(shu)據(ju)信(xin)號(hao)相(xiang)對(dui)較(jiao)多(duo)一(yi)般(ban)為(wei)8/16/32位數據總線。總線的訪問的優勢是直接映射到係統的地址區間，訪問較為直觀。但相對傳輸速率不高


，通常在幾十到100Mbps以下。

這種原因的造成主要為以下因素（1）受製總線訪問的間隔，總線操作周期等因素，總線訪問間隔即兩次訪問之間總線空閑的時間，而總線操作周期為從發起到相應的時間。（2）不支持雙向傳輸
，並且FPGA需主動發起對CPU操作時
，一般隻有發起CPU的中斷處理一種方式。這種總線型操作特點，使其可以用作係統的管理操作，例如FPGA內nei部bu寄ji存cun器qi配pei置zhi
，運yun行xing過guo程cheng中zhong所suo需xu參can數shu配pei置zhi
，以yi及ji數shu據ju流liu量liang較jiao小xiao的de信xin息xi交jiao互hu等deng操cao作zuo。這zhe些xie操cao作zuo數shu據ju量liang和he所suo需xu帶dai寬kuan適shi中zhong，可ke以yi應ying對dui普pu通tong的de嵌qian入ru式shi係xi統tong的de處chu理li需xu求qiu。

對於大數據流量的數據交互，一般采用專用的總線交互，其特點是

，支持雙向傳輸，總線傳輸速率較快，例如GMII/RGMII、Upp、專用LVDS接口，及SERDES接口。專用SERDES接口一般支持的有PCI-E
，XAUI，SGMII
，SATA，Interlaken接口等接口。GMII/RGMII,專用LVDS接口一般處理在1GbpS一下的業務形式，而PCI-E
，根據其型號不同
，支持幾Gbps的傳輸速率。而XAUI可支持到10Gbps的傳輸速率
，lnterlaken接口可支持到40Gbps的業務傳輸。

對於不同所需的業務形式及處理器的類型，則可選擇相應的接口形式，來傳輸具體的業務。現今主流FPGA中都提供的各種接口的IP。選擇FPGA與各型CPU互聯接口
，一般選擇主流的應用交互方案，特殊的接口缺少支撐IP，導致開發、調試、weihuhejianrongxingdechengbendoujiaoda，tongshizhuyixitongdechixuyanjindexuyao，ruzhizaibenxiangmushiyongyici，erxiayixiangmuhuokaifajieduanyibingqicileijiekou，zexutiqianguihuajishuluxian。bijingyigewending、高效的接口互聯是一個項目成功的基礎。

不是所有的嵌入式係統都需要“高大上”的接口形式，各類低速的穩定接口也同樣在FPGA的接口互聯中有著重要的角色，其中UART
、SPI
、I2C等連接形式也非常的常見。畢竟，一個優秀的設計不是“高大上”的堆積，而是對需求最小成本的滿足。適合的才是最美的。

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