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2008-10-15 13:51:05
传统数字系统设计中，中小容量FPGA主要用于数字系统的接口、控制、胶合逻辑和复杂数字信号处理或数据处理算法的协处理，而主控制器一般采用单片机或处理器完成。FPGA和主控制器分离的设计使得电路规模较大、设计复杂，而系统的功耗较高、保密性也较差。
随着FPGA工艺技术从0.13um发展到90nm到65nm，FPGA的容量愈来愈大，一款低端FPGA就可能具有比几年前最高端FPGA更大的容量和资源。这样，容量的增加和性能的提升允许在FPGA中实现硬核或软核处理器来替代FPGA外部的处理器，从而实现更高的系统集成度。
各主流FPGA厂商都在FPGA产品中提供了硬核或软核处理器的支持选项，如何选择处理器则需要从系统角度进行仔细考量。通过对业界主流FPGA中的嵌入式处理器进行比较，本文针对如何选择与FPGA应用相匹配的嵌入式处理器提出了参考建议。
主要的FPGA嵌入式处理器
目前占据主要市场份额的FPGA厂商有Xilinx、Altera、Actel、Lattice等公司，这些FPGA厂商的嵌入处理器模式主要有厂商专用软核处理器、通用软处理器如7/9系列、PowerPC通用硬核处理器。嵌入处理器模式的不同主要取决于产品的应用定位。表1概括了主要的嵌入式处理器及其特点。
是否需要在FPGA中嵌入处理器？
FPGA的适合用于时序逻辑、接口控制、规则数据处理，但对于非规则控制和复杂的数据处理算法却没有32位的嵌入处理器灵活方便，因此在设计具有复杂算法和控制逻辑的系统时，往往需要结合使用嵌入式处理器和FPGA.对于是否需要将处理器嵌入到FPGA中，则需要进行多方面考虑。
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表1：主要的嵌入式处理器及其特性
如果对系统集成度的要求较高，则将处理器嵌入FPGA能最大限度地提高系统集成度，降低系统设计复杂度，加快上市时间。例如，Xilinx的Virtex-5 FXT FPGA具有PowerPC硬核处理器，配合高性能DSP片、嵌入千兆以太网模块，可以轻松实现网络视频媒体流所需要的数据和处理。如图是Virtex-5 FPGA中嵌入的PowerPC440处理器。
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Virtex-5 FPGA中嵌入的PowerPC440处理器
对处理器的性能需求也是一个重要考虑因素。如果处理器的性能要求不高，比如仅要求几个到一两百个DMIPS，采用不多的FPGA资源就可以，则采用嵌入软核处理器是合适的选择。但如果需要的数据、处理能力超过300DMIPS，且难以由多个处理器分担，则采用1，100MIPS的高性能PowerPC嵌入硬核处理器较合适。
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