在嵌入式设计中，提高系统性能，同时降低系统功耗、减少电路板面积，以及降低系统成本是嵌入式开发人员的终极需求。为了实现“四全其美”，嵌入式系统中FPGA的使用正变得越来越通用，也就是说越来越多的嵌入式系统设计中同时使用微处理器和FPGA。最近由UBM展开的一次嵌入式调查也发现，接近45%的嵌入式设计师计划在他们的下一个嵌入式项目中使用FPGA。

顺应这一趋势，Altera朝向SoC FPGA或可编程SoC发展，将ARM处理器系统与其28nmFPGA相结合。Altera公司亚太区产品市场经理谢晓东先生介绍说，Altera SoC FPGA采用了双核ARM Cortex-A9 MPCore处理器(HPS)以及硬核存储器控制器和外设，在处理器系统和FPGA之间建立了高性能互联，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。Altera SoC FPGA部分，包括28nm FPGA Cyclone V和Arria V两个系列产品。谢晓东还透露，未来Altera下一代FPGA将采用台积电20nm工艺，在20nm工艺节点，Altera所有FPGA都会嵌入处理器硬核包括高端的FPGA产品系列。

Altera公司亚太区产品市场经理谢晓东

SoC FPGA具备了比较明显的系统级优点，提高系统性能方面包括4000 DMIPS，功耗不到1.8W；高达1600 GMACS、300 GFLOPS的DSP；大于125 Gbps处理器至FPGA互联；高速缓存连续硬件加速器。降低功耗方面，相对于两芯片解决方案，功耗降低了30%。同时减小电路板面积，外形封装减小了55%；只有两种电源。在降低系统成本方面，降低了元件成本；降低了PCB复杂度和成本，更少的布线以及更少的板层。

“体系结构非常重要，要保证系统设计满足目前以及未来的性能要求，关键是开发体系结构良好的产品。”谢晓东说，“通过使用硬核IP，我们可以在器件中提供更高的集成度，并为此带来更多功能。这些好处可以使客户可以减少板上分离器件的数目，从而减少系统成本。比如，我们固化了储存器控制器、PCIe模块，并增加了收发器的数目和速度。”

使用硬核嵌入式外设，不必在可编程逻辑中实现这些功能，可以使更多的FPGA资源来实现专用定制逻辑，从而降低了功耗。由处理器和FPGA逻辑共享的硬核多端口存储器控制器支持DDR2、DDR3和LPDDR2器件，集成纠错码(ECC)功能，提高了可靠性，支持重要安全应用。

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。架构的紧密集成支持100-Gbps的峰值带宽，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。

“由于它是ARM处理器，因此，对于软件开发，这些器件继承了使用广泛而且熟悉的ARM辅助系统的优点。这些器件也是由Altera的高效能硬件开发工具提供支持，特别是Quartus II软件和我们的Qsys系统集成工具。”谢晓东说，利用Qsys进行系统集成非常方便，只需选择需要的IP，通过GUI界面将他们连接起来。Qsys能够自动生成互联逻辑(地址/数据总线连接、总线宽度匹配逻辑、地址解码逻辑以及仲裁逻辑等)。

软件的开发通常在嵌入式系统开发周期占绝对重要的位置。为了缩短产品上市时间，谁更早开发软件，谁就能占据先机，赢得市场。“最革命的方面是我们的SoC FPGA虚拟目标，是对双核ARM Cortex-A9 MPCore嵌入式处理器系统的快速功能仿真。采用SoC FPGA虚拟目标使我们率先在FPGA业界实现了虚拟原型开发技术，用户能够以最小的工作量将软件移植到等价的硬件中，不需要修改就可以运行。”他说。

谢晓东还表示，这些SoC FPGA已经在很多不同市场领域都得到了应用，这些应用要求提高效能、同时降低功耗和成本、减小电路板面积。目前主要锁定应用市场是包括“绿色”或者节能技术的工业领域，例如智能电网、太阳能逆变器以及更高效的工业电机控制驱动器等。

“视频处理也非常适合采用这类产品。视频监控摄像机和汽车辅助驾驶也是这类应用的两个好例子。”他补充说，“远程射频前端、LTE基站等无线基础设施、交换机和路由器也是比较好的这类应用，对性能的要求较高，而用户希望减小体积，降低功耗。” （御风）