[导读] MCU与FPGA两者的优势互补开始成为FPGA器件厂商研发的重点方向，控制要求的日渐复杂以及系统处理并行化趋势明显，也推动着MCU+FPGA架构的普及。

关键词：SoC FPGA Altera
　
现阶段，工业自动化、智能电网、安防监控、以及车载应用等市场领域对FPGA器件的要求越来越高，在这些应用中，新的市场环境产生了新的设计开发过程，亦增加了电子设备的复杂度，继而会导致显著增加硬件成本，延长了产品面市时间。故此，设计的灵活性、器件可靠性和性价比成为各FPGA厂商的竞逐的焦点。

　　而且现在的控制系统都需要高性能和高效率，对控制精度和响应时间提出了更高的要求。MCU通常侧重于I/O接口的数量和可编程存储器的大小，比较适用于有大量的I/O操作的场合，所以广泛应用在低成本，低功耗和对精度要求不高的系统中。但由于本身处理能力有限，应用的场合受到了比较大的限制。FPGA芯片则以其固有的可编程性和并行处理的特点十分适合于中高端的控制系统应用。由于它以纯硬件的方式进行并行处理，而且不占用CPU的资源，所以可以使系统达到很高的性能。而两者的优势互补亦开始成为FPGA器件厂商研发的重点方向，控制要求的日渐复杂以及系统处理并行化趋势明显，也推动着MCU+FPGA架构的普及。

　　随着可编程芯片系统SOPC（System On a Programmable Chip）的出现，相当多的FPGA里面都集成了DSP或者CPU，目前国际巨头的FPGA都可以完成这样的工作，它们不但可以集成自己的软核，而且可以集成目前流行的PowerPC、ARM等硬核。这样，FPGA就可以完全实现DSP和MCU的功能。而且FPGA在内置的嵌入式处理器中还可以添加一些自定义指令，从而可以快速完成一些特定算法，并且可以根据需要定义芯片管脚。对于应用者而言，两者的结合不单可以节省成本，而且可以简化设计流程，加快产品面世速度。

　　在这一市场背景下，Altera SoC 在FPGA架构中集成了基于ARM的硬核处理器系统（HPS），以其优异性能受到市场的广泛关注，业界亦给予了一致好评。Altera 公司亚太区产品市场经理谢晓东表示，今后Altera 的FPGA产品将有一半会集成MCU，这将是Altera 重点发力领域，现在的 SoC 系列市场反馈很不错，增长趋势明显。Altera SoC 能够有效增强系统性能、增加设计的灵活性、提升器件可靠性、降低成本。

　 Altera 公司亚太区产品市场经理谢晓东强调，对于FPGA而言系统架构非常重要。Altera SoC使用宽带干线互联，在FPGA架构中集成了基于ARM的硬核处理器系统（HPS），包括处理器、外设和存储器接口。它同时实现了硬核知识产权（IP）的性能和低功耗特性，以及可编程逻辑的灵活性。可以有效降低系统功耗和成本，减小电路板面积，同时满足性能要求。而且采用内置纠错码（ECC）和存储器保护功能，保护用户的系统不受硬件或者软件错误的影响，从而提高了系统可靠性。

　　值得一提的是Altera SoC使用宽带干线互联，在HPS和FPGA架构之间的大吞吐量数据通路实现了双芯片解决方案无法提供的互联性能。HPS和FPGA架构的紧密集成提供了100-Gbps的峰值带宽，在处理器和FPGA之间实现了数据的一致性。处理器和FPGA之间没有了外部I/O通路，大幅度降低了系统功耗。

灵活性、使用的便捷性、性价比是客户选择FPGA器件非常重要的决定因素。

　　1、在灵活性上，Altera SoC 通过硬件优势、系统启动和配置选择以及多个硬核存储器控制器来实现，可以说FPGA内嵌硬核的最大利好就是灵活性，因此Altera SoC 势必可以将灵活性发挥到极致，甚至于这个架构简单到只要一个能够跑软件的“裸核”和必须的调试接口即可，其他所有的外设都可以根据客户的需求自主架构，设计人员可以充分发挥FPGA的灵活性优势。

　　2、在使用的便捷性上，使用Altera独特的FPGA自适应调试功能，开发ARM兼容软件，前所未有的提高了目标可视化、控制能力和效能。

　　3、在性价比上，Altera SoC 则通过单片集成、集成PCIe 控制器以及无断电排序功能来实现。这些优势都保证客户的系统设计能够满足目前以及未来的性能要求，关键是还能够开发体系结构良好的产品。Altera的未来更新，将通过高端、中端和低端应用规划，以及软件移植和平均生命周期高达15年以上的产品来实现，这将有效保障客户产品的持续性。

　　14nm FinFET 技术的助力

　　据谢晓东的介绍，Altera 在SoC FPGA的长期发展规划体现了坚持创新、切合实际应用、采用尖端科技工艺的原则，未来Altera 10代器件将在工艺技术和体系结构基础上进行了优化，以最低功耗实现了业界最好的性能和水平最高的系统集成度。而且将采用Intel的14 nm三栅极晶体管技术制造Altera FPGA。这些下一代产品主要面向军事、固网通信、云网络以及计算和存储应用等超高性能系统，将突破目前其他技术无法解决的性能和功效瓶颈问题。

　　注重生态系统的构建

　　Altera一直非常注重生态链的构建与合作，现在，全球很多优秀的合作伙伴都支持创新的 Altera SoC 平台，包括 ARM、WindRiver 和 QNX 等。而比如上文所讲到的合作伙伴Intel，则可以帮助提高Altera实现硅片融合的能力；在单个器件中集成硬件和软件可编程功能、微处理器、数字信号处理，以及ASIC功能；交付更灵活、更经济的解决方案。在应用层面，Altera 也将与英蓓特、艾睿电子、友晶科技、昇伟电子等设计方案合作伙伴于深圳、上海和北京举办 SoC 研讨会，分享世界领先的解决方案共同推动SoC FPGA的普及。

　　完善的生态系统能够提供给用户更全面的设计资源，利用灵活的FPGA逻辑架构，可以在设计中采用Altera或者其合作伙伴的定制IP或者商用预配置IP，从而突出系统优势。比如能够迅速适应各种接口和协议标准的变化，快速抢占市场高地。谢晓东表示，这些优势正不断凸显，并得到越来越多的认可，从Altera已经卖出7000多块 SoC 开发板就能够看出一二。

　　在操作系统方面，Altera亦正不断扩展更多的操作系统，现在包括开源操作系统和12个商业操作系统供应商提供量产级别板级支持包。