FPGA在嵌入式應用市場上的競爭也已進入白熱化態(tài)勢。繼Xilinx今年三月初宣布嵌入ARM Cortex-A9的28nm ZYNQ-7000系列FPGA之后，不甘示弱的Altera也在今年國慶長假之后發(fā)布了同樣嵌入ARM Cortex-A9內核的28nm Cyclone V和Arria V FPGA。
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與ZYNQ-7000系列FPGA相比，Altera發(fā)布的Arria-V SoC FPGA至少在以下五個方面有相對優(yōu)勢：一是Cortex-A9處理器與FPGA之間的數(shù)據(jù)傳輸帶寬大于125Gbps，比ZYNQ至少多25Gbps以上；二是Altera采用的是TSMC 28nm低功耗工藝，處理器系統(tǒng)峰值性能達到4000DMIPS時，功耗不到1.8W；三是I/O口數(shù)量更多，Arria-V FPGA的I/O數(shù)量可達到744，而ZYNQ只有4百多一點。第四，只需要2種電源，從而可以有效減少PCB層數(shù)和面積；第五，DSP峰值性能高達1600GMAC，而ZYNQ-7000系列FPGA的最高DSP峰值性能只有912GMAC。唯一不如ZYNQ系列FPGA的地方是沒有集成ADC和10Gbps串行收發(fā)器數(shù)量相對較少。
“這一內嵌ARM A9內核的SoC FPGA需要的工作電源至少比競爭對手的少1種，這不僅可使得PCB板面積可減少一半以上，而且還可有效降低系統(tǒng)成本，因為更少的電源降低了PCB復雜度和成本?！盇ltera亞太區(qū)高級市場經(jīng)理羅嘉鸞表示，“推動我們開發(fā)這一產(chǎn)品的動力不僅有我們眾多第一層次客戶的需要，而且也是競爭未來廣闊嵌入式應用市場的需要。當然，它也再次證明我們同樣具有出色的技術開發(fā)實力?！?
Altera 28nm Cyclone V和Arria V系列SoC FPGA集成了雙核ARM Cortex-A9 MPCore處理器、糾錯碼(ECC)保護的多端口存儲器控制器(支持DDR2/3、Mobile DDR、LPDDR2、NAND閃存和NOR閃存)、多種通用外設(包括2個三速以太網(wǎng)MAC和USB 2.0 OTG接口)、高達30個支持200MHz到10Gbps速率的串行收發(fā)器、4個硬核PCIe Gen2接口和精度可調DSP模塊。
Altera的Cyclone V和Arria V SoC FPGA的處理器系統(tǒng)采用了雙核800 MHz ARM Cortex-A9 MPCore處理器，同時具有NEON媒體處理引擎、單精度/雙精度浮點單元、L1和L2高速緩存、ECC保護存儲器控制器、ECC保護高速暫存存儲器，以及多種常用外設。處理器系統(tǒng)的峰值性能達到4,000 DMIPS，而功耗不到1.8瓦。處理器系統(tǒng)和FPGA架構獨立供電，能夠以任意順序配置和啟動。工作起來后，可以根據(jù)需要關斷FPGA部分，以降低系統(tǒng)功耗。
通過大吞吐量數(shù)據(jù)通路實現(xiàn)ARM Cortex-A9 MPCore處理器系統(tǒng)和FPGA的互聯(lián)，峰值帶寬超過125Gbps，數(shù)據(jù)的連續(xù)性也很好。這種性能水平是兩芯片解決方案無法實現(xiàn)的。集成單芯片SoC FPGA支持電路板設計人員在處理器和FPGA之間不采用外部IO通路，大幅度降低了系統(tǒng)功耗。
除了Altera自己的Nios II嵌入式處理器內核以外，MIPS32內核、ARM Cortex-M1和飛思卡爾ColdFire V1內核、甚至英特爾Atom E6XXC都已成為Altera嵌入式聯(lián)盟的一員，Cyclone V和Arria V SoC FPGA的推出將這一系列產(chǎn)品進一步拓展至嵌入式處理市場。
Cyclone V和Arria V SoC FPGA系列具有分別工作在5-Gbps和10-Gbps的嵌入式收發(fā)器。Cyclone V SoC FPGA具有110K邏輯單元(LE)，系統(tǒng)功耗和成本是業(yè)界最低的，器件性能水平非常適合大批量應用市場，包括：智能電網(wǎng)、太陽能逆變器、工業(yè)驅動、汽車高級輔助駕駛、汽車信息娛樂、視頻監(jiān)控和IP攝像機、視頻會議和廣播演播設備。
Arria V SoC FPGA在成本和性能上達到均衡，總功耗也是最低的。器件最高具有460K LE，適合滿足對性能要求較高的中端嵌入式應用市場，包括：遠程射頻前端、LTE基站、交換機、路由器、金融計算、掃描儀、機架管理和多功能打印機。
這些SoC FPGA繼承了ARM豐富的軟件開發(fā)工具、調試器、操作系統(tǒng)、中間件和應用程序等輔助系統(tǒng)功能。用戶可以利用Altera的SoC FPGA開發(fā)流程，迅速建立可定制基于ARM的系統(tǒng)，減小了各種行業(yè)中嵌入式系統(tǒng)的電路板面積、功耗和成本，同時提升了性能，這些行業(yè)包括：汽車、工業(yè)、視頻監(jiān)控、無線基礎設施、計算機和存儲等。
ARM處理器部門副總裁Jim Nicholas評論說：“基于28nm工藝技術的SoC FPGA在性能和功能方面代表了嵌入式系統(tǒng)新的發(fā)展方向。這些器件能夠極大的幫助嵌入式系統(tǒng)設計人員縮短產(chǎn)品面市時間，降低成本，提高能效，同時還可以充分發(fā)揮ARM軟件輔助系統(tǒng)的支持作用?！?
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Altera SoC FPGA開發(fā)環(huán)境
Altera在發(fā)布28nm SoC FPGA消息時同步宣布可以向市場提供FPGA業(yè)界的第一個虛擬目標平臺，它允許客戶現(xiàn)在就可以開始針對Altera最新發(fā)布的SoC FPGA器件進行專用嵌入式應用軟件的開發(fā)。
在Synopsys有限公司成熟的虛擬原型開發(fā)解決方案基礎上，SoC FPGA虛擬目標是基于PC在Altera SoC FPGA開發(fā)電路板上的功能仿真。虛擬目標與SoC FPGA電路板二進制和寄存器兼容，功能等價，保證了開發(fā)人員以最小的工作量將在虛擬目標上開發(fā)的軟件移植到實際電路板上。
該虛擬目標平臺目前支持Linux和VxWorks。在主要ARM輔助系統(tǒng)開發(fā)工具的幫助下，現(xiàn)在嵌入式軟件工程師已可利用虛擬目標平臺，使用熟悉的工具來開發(fā)應用軟件，最大限度地重新使用已有代碼，利用前所未有的目標控制和目標可視化功能，進一步提高效能，這對于復雜多核處理器系統(tǒng)開發(fā)非常重要。
Altera公司產(chǎn)品和企業(yè)市場副總裁Vince Hu評論說：“為嵌入式工程開發(fā)應用軟件通常需要占用很多的時間和工程資源。采用我們的SoC FPGA虛擬目標，我們幫助工程師迅速開始他們的軟件開發(fā)，因此，他們提高了效能，使產(chǎn)品能夠更迅速的面市?！?
SoC FPGA虛擬目標以預構建、可立即使用的二進制和寄存器兼容PC仿真模型的形式提供，采用了相同雙核ARM Cortex-A9 MPCore處理器以及Altera Cyclone V和Arria V SoC FPGA的系統(tǒng)外設，還有電路板級組件，包括DDR SDRAM、閃存和虛擬I/O等。為幫助實現(xiàn)面向硬核處理器系統(tǒng)和用戶設計的基于FPGA的IP應用軟件開發(fā)，Altera將為虛擬目標提供可選環(huán)路FPGA擴展功能。
這一擴展功能使用了Altera FPGA開發(fā)電路板，通過PCIe接口連接基于PC的虛擬目標。用戶同時使用虛擬目標和環(huán)路FPGA擴展功能，在獲得最終硬件之前，在處理器子系統(tǒng)中加入定制外設和硬件加速器，為它們開發(fā)器件驅動程序，與應用軟件相集成。這樣，能夠以最小的工作量將器件專用固件和應用軟件移植到實際硬件中。
Synopsys有限公司IP和系統(tǒng)市場副總裁John Koeter評論說：“很多半導體和系統(tǒng)公司在獲得硅片之前和之后，成功的使用了虛擬原型開發(fā)工具來加速軟件開發(fā)。與Altera密切合作，在可立即使用的商用虛擬目標上采用成熟的虛擬原型開發(fā)技術，為系統(tǒng)和軟件工程師提供環(huán)境，增強調試功能，這很容易在Altera的全球用戶中推廣?！?
虛擬目標平臺最初的支持包括Linux和VxWorks。嵌入式軟件開發(fā)人員可以使用經(jīng)過預構建的Linux內核鏡像，在SoC FPGA開發(fā)板主要組件器件驅動的支持下，能夠立即啟動虛擬目標的Linux。可以從Altera免費下載經(jīng)過預構建的GNU工具鏈和Linux源代碼。本季度還將為虛擬目標提供VxWorks電路板支持包(BSP)，為其他嵌入式操作系統(tǒng)提供更多的BSP。羅嘉鸞表示：“未來我們還將支持Windows CE?！?
虛擬目標還專為仿真環(huán)境提供兼容輔助系統(tǒng)工具和其他的調試功能。支持虛擬目標的開發(fā)工具包括：GNU工具、ARM RVDS、ARM開發(fā)Studio 5 (DS-5)、Lauterbach TRACE32 調試器以及Wind River工作臺。作為仿真模型，虛擬目標為待調試系統(tǒng)提供更多的可視化功能，支持用戶更好的控制目標執(zhí)行(特別是多核系統(tǒng))，實現(xiàn)在硬件上難以實現(xiàn)甚至無法實現(xiàn)的很多調試任務。
ARM系統(tǒng)設計市場主任Mark Onions評論說：“現(xiàn)在對虛擬平臺的需求越來越強烈，利用這一平臺來加速軟件開發(fā)，特別是基于ARM Cortex-A9 MPCore處理器的復雜設計。Altera的SoC FPGA虛擬目標結合ARM的RVDS和DS-5軟件開發(fā)工具，支持開發(fā)人員盡早開始多核系統(tǒng)的設計，并迅速完成這些設計?！?
Lauterbach GmbH公司總裁Stephan Lauterbach補充說：“我們看到越來越多的用戶利用虛擬原型開發(fā)技術盡早開始他們的開發(fā)工作。TRACE32與虛擬目標的可視化和控制功能相結合，使多核調試發(fā)展到新水平，用戶能夠將其在開發(fā)過程中的工具和知識投入發(fā)揮最大效用?！?
Wind River公司產(chǎn)品管理副總裁Warren Kurisu評論說：“與Altera在VxWorks和Linux上成功合作實現(xiàn)Altera軟核處理器后，Altera新的SoC FPGA器件為嵌入式開發(fā)人員提供了更多的機會。結合Wind River豐富的系列產(chǎn)品，包括前沿的嵌入式軟件操作系統(tǒng)以及世界級開發(fā)工具，這些投入將幫助嵌入式開發(fā)人員進行創(chuàng)新，滿足嵌入式領域的各種需求?！?
Altera的SoC FPGA同時支持硬件和軟件團隊使用支持Cortex-A9 MPCore處理器和FPGA的通用工具和開發(fā)流程，提高了團隊的效能。設計人員可以使用Altera的Quartus II 軟件開發(fā)定制外設和硬件加速器，使用Altera的Qsys系統(tǒng)集成工具將其與處理器系統(tǒng)相集成。Qsys自動生成互聯(lián)邏輯，連接知識產(chǎn)權(IP)功能和子系統(tǒng)，加速了硬件設計過程。Qsys自動產(chǎn)生FPGA優(yōu)化芯片網(wǎng)絡(NoC)互聯(lián)，提高了性能，增強了設計重用功能，更迅速的進行驗證。Qsys支持業(yè)界標準接口，包括：Avalon存儲器映射、Avalon流以及ARM的AMBA AXI，支持用戶在一個設計中利用或者重新使用IP內核以及多種接口。
SoC FPGA基于標準ARM Cortex-A9 MPCore處理器，因此，它們與現(xiàn)有的ARM軟件輔助系統(tǒng)兼容?？梢栽贏ltera的SoC FPGA虛擬目標上立即開始基于SoC FPGA的系統(tǒng)軟件開發(fā)。
Altera公司產(chǎn)品和企業(yè)市場副總裁Vince Hu評論說：“集成了高性能處理系統(tǒng)、低功耗28nm FPGA架構、硬件軟件開發(fā)流程以及虛擬目標開發(fā)平臺，Altera在SoC技術上設立了新標準。作為Altera嵌入式計劃的一部分，SoC FPGA幫助嵌入式開發(fā)人員大幅度提高了系統(tǒng)性能，降低了功耗和成本以及電路板面積?！?
Altera SoC FPGA批量價格
嵌入式軟件開發(fā)人員現(xiàn)在可以購買SoC FPGA虛擬目標，利用它開始面向Altera的SoC FPGA編寫器件專用應用軟件。將于2012年下半年提供SoC FPGA硅片，隨后是參考設計和開發(fā)電路板。Altera的SoC FPGA批量價格起價不到15美元。
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