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可配置平台:殊途同归

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作者:穆强,EDN CHINA 执行主编时间:2005-09-04来源:EDN电子设计技术收藏
可配置平台:殊途同归
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,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。

表1,基于FPGA的主流可配置平台


  不过在对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,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。
  Triscend公司在被收购后,其CSoC产品线及既有客户的支持交由其原先在中国的代理北京矽正电子技术有限公司(Zylogic Semiconductor Corp.)运作。CSoC也是一种市面上可见到的硬核可配置平台产品。虽然在架构上与刚才介绍的FPGA厂商推出的平台产品如出一辙,但在器件设计的理念上还是存在一些差异。总体来说,两者最大的差别就在于FPGA厂商产品设计的出发点还是在可编程逻辑部分,而CSoC平台则会更倾向于微处理器一边,这就给器件中可配置功能的定义与划分,以及开发工具的设计带来差异。矽正电子大客户经理王起龙在分析CSoC平台特点时指出,与FPGA公司的硬核平台比较,两者最显著的差异是在系统总线上。CSoC平台在总线上采用了一种Selector技术,就是通过特制的ASIC电路进行硬件译码,而Xilinx的产品中译码的功能是需要占用系统可编程逻辑资源完成的,因此在这方面CSoC平台具有更高的效率。这种以微处理器为核心的“倾向性”似乎更适合于嵌入式应用,CSoC平台当初主攻的市场就是工控领域,由此也就不难分析出Xilinx对Triscend公司的兴趣所在了。

图1,由前Triscend公司推出的CSoC器件中集成了一个ARM7TDMI芯核,其ASIC的成分与可编程逻辑电路对硅资源的占用比例基本上是根据“二八”原则设置的。



关键词: Xilinx公司

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