用FPGA創(chuàng)下一代新爆品為何是大趨勢(shì)

在一個(gè)領(lǐng)域中，如果唯一不變的就是變化，不需要對(duì)電子技術(shù)和設(shè)計(jì)方法的發(fā)展變化做多少回顧，就能見(jiàn)證到變化是如何使設(shè)計(jì)工程師能夠創(chuàng)建出下一代創(chuàng)新產(chǎn)品。

微處理器得到大規(guī)模應(yīng)用后，價(jià)廉物美的新技術(shù)為基于軟件的革新性電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)打開了大門，這就是一個(gè)很好的例子。簡(jiǎn)言之，把設(shè)計(jì)的主要元素——在這兒是控制“智能”——轉(zhuǎn)入到軟件領(lǐng)域后，設(shè)計(jì)工程師就可以在更短時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建出更好、更智能、更廉價(jià)的產(chǎn)品。

這個(gè)變化意味著嵌入式軟件開發(fā)人員是當(dāng)今定義電子產(chǎn)品功能和特性的主要推動(dòng)者，并且最終要把硬件生產(chǎn)出來(lái)。該方法的成功因素在于減少硬件復(fù)雜度和把設(shè)計(jì)的控制元素轉(zhuǎn)變到可編程領(lǐng)域帶來(lái)的開放靈活性。

把軟件設(shè)計(jì)提升一個(gè)水平

現(xiàn)在大容量、低成本可編程器件的到來(lái)給電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展帶來(lái)了同樣的希望，因?yàn)樵谲浖I(lǐng)域定義系統(tǒng)硬件本身已經(jīng)成為可能，比如大容量FPGA這樣的大規(guī)模器件對(duì)滿足這一需求十分理想。這些期間一般可用于構(gòu)建系統(tǒng)外設(shè)邏輯功能塊的大件部分，包括總線接口、I/O塊、甚至內(nèi)存。把大量邏輯引入FPGA領(lǐng)域?qū)τ布_發(fā)具有深遠(yuǎn)影響，并為‘軟’設(shè)計(jì)的新時(shí)代打開了一扇大門，這為設(shè)計(jì)提供了前所未有的靈活性，同時(shí)具有減少板級(jí)尺寸和復(fù)雜性的無(wú)窮潛力。

雖然它具有對(duì)電子產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程起到革命性作用的潛力，但多數(shù)嵌入式軟件開發(fā)人員仍像以前一樣工作——在設(shè)計(jì)流程的開始階段選擇分立的硬件處理器、創(chuàng)建物理平臺(tái)，然后寫軟件使用該平臺(tái)。人們?cè)?a target="_blank">嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的“軟”硬件領(lǐng)域缺乏探索，主要原因在于缺少讓C程序員在可編程硬件級(jí)發(fā)揮技巧的工具。

確實(shí)，當(dāng)前多數(shù)FPGA設(shè)計(jì)流主要都來(lái)自芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，需要非常專業(yè)的技巧。要超越FPGA膠合邏輯應(yīng)用需要更廣闊的視野，包括充分利用可編程器件，把盡可能多的硬件引入到軟領(lǐng)域中。

這包括引入處理器功能本身，現(xiàn)在FPGA內(nèi)的軟處理器正越來(lái)越多地轉(zhuǎn)變成嵌入式平臺(tái)。從根本上說(shuō)，改用帶FPGA的軟處理器會(huì)帶來(lái)結(jié)構(gòu)靈活性、板卡尺寸更小、更簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但深層次的應(yīng)用會(huì)帶來(lái)更吸引人的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)利用FPGA的可編程特性獲得處理器頂層的抽象層時(shí)，就為嵌入式開發(fā)人員打開了無(wú)限可能，——不僅在軟件中實(shí)現(xiàn)抽象級(jí)設(shè)計(jì)，而且在硬件中也實(shí)現(xiàn)了。

試想這樣一個(gè)系統(tǒng)：

處理器通過(guò)可配置硬件（本質(zhì)上是一個(gè)硬件包裹）與其內(nèi)存和外設(shè)連接——這就抽象了處理器的接口。簡(jiǎn)單地對(duì)FPGA重新編程就改變了硬件包裹，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以輕易地改變處理器內(nèi)核，甚至在硬的或軟的處理器之間轉(zhuǎn)換，無(wú)需修改其他系統(tǒng)硬件。從系統(tǒng)的角度來(lái)看，所有處理器都是相似的，這就簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)流程。當(dāng)然，把這延伸到應(yīng)用軟件領(lǐng)域也需要可以在處理器之間提供C級(jí)別兼容性的編譯器。

基于FPGA開發(fā)平臺(tái)擁有諸多的優(yōu)點(diǎn)，各大廠商都有在布局

FPGA作為“中國(guó)強(qiáng)芯”戰(zhàn)略產(chǎn)品的重頭戲之一，國(guó)內(nèi)FPGA廠商高云半導(dǎo)體、同創(chuàng)國(guó)芯（屬于紫光集團(tuán)）、上海安路科技等。

致力于開發(fā)國(guó)產(chǎn)FPGA解決方案并推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化的高云半導(dǎo)體，通用LVDS變速箱接口IP實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部邏輯和外部接口之間時(shí)鐘頻率和數(shù)據(jù)位寬的切換，并保證數(shù)據(jù)吞吐量守恒，同時(shí)支持發(fā)送功能和接收功能，高云所有FPGA芯片收發(fā)變速箱切換比例都支持1：1、1：2、1：4、1：7、1：8和1：10。此外GW1N-6/9器件還支持1：16切換比例。針對(duì)隨路時(shí)鐘和隨路數(shù)據(jù)相位關(guān)系的不同需求，高云通用LVDS變速箱接口解決同時(shí)支持邊沿對(duì)齊方式和中間對(duì)齊方式。

高云FPGA芯片提供專用的單元模塊用于構(gòu)建高速LVDS接口，可根據(jù)特定的帶寬、對(duì)齊方式、收發(fā)功能以及切換比例需求，整合單元模塊并協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

高云產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)理徐才先生表示，“TCON市場(chǎng)應(yīng)用，通過(guò)FPGA控制液晶屏的時(shí)序動(dòng)作，將輸入視頻信號(hào)如LVDS信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路所用的形式如Mini-LVDS或者RSDS信號(hào)，傳遞到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路，控制數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路適時(shí)開啟，高云FPGA芯片在LVDS差分引腳數(shù)以及LVDS接口性能方面恰與TCON市場(chǎng)需求相契合。”

高云通用LVDS變速箱接口IP，參考設(shè)計(jì)及開發(fā)板支持GW1N-4K FQPF144封裝FPGA芯片對(duì)接通用LVDS接收信號(hào)以及mini-LVDS發(fā)送信號(hào)，后續(xù)升級(jí)版會(huì)支持GW2A系列FPGA芯片，進(jìn)一步提升LVDS I/O接口性能。

國(guó)外方面，Xilinx、 Altera、Lattice、Microsemi4家公司手握9000余項(xiàng)專利，幾乎壟斷這個(gè)市場(chǎng)。

不難發(fā)現(xiàn)，自FPGA問(wèn)世以來(lái)，在復(fù)雜邏輯電路以及數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中扮演著越來(lái)越重要的角色，憑借性能、上市時(shí)間、成本、穩(wěn)定性和長(zhǎng)期維護(hù)方面的優(yōu)勢(shì)，在通信、醫(yī)療、工控和安防等領(lǐng)域占有一席之地，在過(guò)去幾年也有極高的增長(zhǎng)率。而近幾年，由于云計(jì)算、高性能計(jì)算和人工智能的繁榮，擁有先天優(yōu)勢(shì)的FPGA的關(guān)注度更是到達(dá)了前所未有的高度。

加之人工智能是當(dāng)前整個(gè)科技產(chǎn)業(yè)探索的未來(lái)方向，也是互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的下一個(gè)浪潮。芯片處于的人工智能產(chǎn)業(yè)鏈的最上游，為中下游產(chǎn)業(yè)鏈提供計(jì)算處理能力及相關(guān)解決方案，芯片決定了智能設(shè)備發(fā)展的深度。以FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)人工智能應(yīng)用，具有非常大的優(yōu)勢(shì)，可以很輕松地進(jìn)行各種修改或升級(jí)，以便在最短時(shí)間內(nèi)支持新的人工智能算法。