微控制器來(lái)在形狀和大小的令人眼花繚亂，但他們都有一個(gè)共同點(diǎn)：它們的功能是由制造商定義。雖然他們的外圍設(shè)備都設(shè)計(jì)得盡可能的靈活，經(jīng)常與修改某些參數(shù)的能力，有些甚至允許通過(guò)軟件添加新的功能 - 比如PSoC系列由賽普拉斯半導(dǎo)體公司，他們?nèi)匀粨碛匈Y源的固定數(shù)量，允許相對(duì)少量的自定義。這是因?yàn)榇嬖谌绱舜罅康淖凅w該固定功能。

FPGA中，在另一方面，是一個(gè)相對(duì)空白畫(huà)布：它們的功能是通過(guò)使用他們的能力幾乎無(wú)限的范圍以選擇工程師很大程度上限定。正是這種自由的設(shè)計(jì)，使團(tuán)隊(duì)能夠整合往往許多不同的數(shù)字（和越來(lái)越多的模擬）功能集成到，可以更好地滿(mǎn)足特定設(shè)計(jì)單一，基本上是量身定制設(shè)備。

一個(gè)主題變奏曲

可編程邏輯已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了PLD;傳統(tǒng)上流行的在相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，提供“膠合邏輯”。處理器內(nèi)核在知識(shí)產(chǎn)權(quán)形式的可用性意味著OEM廠商現(xiàn)在可以選擇在常最小的FPGA增加一個(gè)微控制器（MCU）。雖然他們可能無(wú)法提供的設(shè)計(jì)完全自由，增加了柔軟的內(nèi)核可以提供更大的設(shè)計(jì)整合不是簡(jiǎn)單的組合門(mén)。

然而，或許更顯著，在軟核的形式微控制器通常由制造商特定的FPGA系列，其商業(yè)允許那些制造商提供的核心免費(fèi)的，沒(méi)有前期成本或版稅優(yōu)化。這意味著，如果你使用的是FPGA，它有余力，你基本上得到一個(gè)MCU是免費(fèi)的。此外，由于內(nèi)核進(jìn)行了優(yōu)化，運(yùn)行在什么往往是一個(gè)高性能的FPGA架構(gòu)，他們無(wú)一例外地提供比他們的分立更高的性能。

這并不奇怪 - 這可能是因?yàn)樗倪z產(chǎn)，提高可用性或只是它的大小 - 提供最豐富的軟核之一，是一個(gè)版本的令人尊敬的8051由于其長(zhǎng)壽的，不起眼的8051可能是部署最廣泛的指令集架構(gòu)行業(yè)盡管面臨壓力，從32位的替代品（其中多以后），這仍然是其相對(duì)簡(jiǎn)單的架構(gòu)和易用性或許是因?yàn)橐粋€(gè)牢固的喜愛(ài)與開(kāi)發(fā)商，。

市場(chǎng)對(duì)通用和針對(duì)FPGA的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的“軟核是現(xiàn)在這么好確定，Altera公司，Microsemi的，格子和Xilinx的所有工作與第三方供應(yīng)商提供一系列的軟核。合作伙伴是數(shù)字內(nèi)核設(shè)計(jì)，并提供了一系列的8位內(nèi)核，包括8051，PIC16，HC11，以及基于對(duì)68K CISC指令集的32位內(nèi)核的版本。

定制的解決方案

當(dāng)然，對(duì)于使用FPGA的部分原因是為了創(chuàng)建一個(gè)定制的設(shè)計(jì)，提供最佳的性能對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)用程序，其中通用8位MCU可能不太會(huì)接受挑戰(zhàn)。在這種情況下，一個(gè)更強(qiáng)大的32位替代，可能需要和，這里，F(xiàn)PGA提供商已經(jīng)選擇了通過(guò)開(kāi)發(fā)定制的解決方案來(lái)區(qū)分自己。

一個(gè)很好的例子是LEON3的核心，這是與Microsemi的Xilinx器件提供兩種。它是由開(kāi)發(fā)，可從他們的相互合作艾法斯Gaisler AB。核心可以在Microsemi的融合，IGLOO，和的ProASIC3器件的Axcelerator來(lái)實(shí)現(xiàn)。它也可用于Xilinx公司的Virtex-6，Virtex-5的，的Spartan-6和Spartan-3系列。根據(jù)SPARC V8指令集與用于V8E擴(kuò)展的支持，所述芯被提供作為綜合的VHDL，這使得它能夠支持廣泛的可配置，包括高速緩存數(shù)量和大小。

可配置可以是一個(gè)關(guān)鍵的差異為開(kāi)發(fā)人員和當(dāng)然是，該基金會(huì)在其FPGA廠商運(yùn)作。這并不奇怪，這種延伸當(dāng)然到軟核，但，支承芯需要一個(gè)編譯器，這不可避免地引入上只是如何配置的芯可以是一些限制。為了克服這種情況，一些廠商提供他們的軟核的變體，如在Nios II Altera提供，它聲稱(chēng)可以在其任何的FPGA被實(shí)例化。 Nios II的有三種變體：快速，經(jīng)濟(jì)，和標(biāo)準(zhǔn)，并提供一系列的免費(fèi)功能外設(shè)IP核，諸如內(nèi)存控制器和串行接口。

業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)

還有一系列的'傳統(tǒng)'的架構(gòu)，包括8051，喜歡LEON3和定制解決方案，如的Nios II與MicroBlaze優(yōu)化方案，F(xiàn)PGA廠商也有支持這已成為可能是最普遍的整個(gè)嵌入式電子指令集架構(gòu)的選擇行業(yè)：ARM的Cortex-M。

雖然沒(méi)有立即識(shí)別為標(biāo)準(zhǔn)的變種，在Cortex-M1是由ARM專(zhuān)門(mén)為在FPGA架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。這種低門(mén)數(shù)版本是基于ARM V6-M Thumb指令集架構(gòu)，也包括32位Thumb-2指令。擴(kuò)展，以支持一個(gè)操作系統(tǒng)和調(diào)試（圖4）。芯提供前向與Cortex-M3的，這意味著，軟件可以從-M1在FPGA被移植到在ASIC或標(biāo)準(zhǔn)部分而無(wú)需重新編譯一個(gè)-M3二進(jìn)制兼容性。

Microsemi的可支持Cortex-M1在其融合，IGLOO和的ProASIC3 / E FPGA的要求之間的60萬(wàn)到100萬(wàn)系統(tǒng)門(mén)（具體取決于設(shè)備），這相當(dāng)于20％的FPGA資源之間％和33（如果調(diào)試特征被省略）。 Microsemi的還提供了一個(gè)開(kāi)發(fā)工具，它集成了Cortex-M1在它的ProASIC3 / E設(shè)備。 Altera公司支持的Cortex-M1在其Cyclone III系列，它消耗2600邏輯元件。

不同于像8051簡(jiǎn)單內(nèi)核中，Cortex-M1需要外設(shè)內(nèi)核，使其'工作'，這也將構(gòu)成障礙的一些開(kāi)發(fā)商。然而，無(wú)論Microsemi的和Altera提供全面的工具套件，旨在使執(zhí)行盡可能簡(jiǎn)單;如何FPGA廠商正朝著提供芯片上的完整的系統(tǒng)，而不僅僅是邏輯器件的反映。

結(jié)論

通過(guò)即使是最簡(jiǎn)單的MCU保證其繼續(xù)使用所帶來(lái)的好處;然而，隨著對(duì)低成本的32位大規(guī)模移民變種為首的ARM的Cortex-M系列的授權(quán)，它可以被看作是傳統(tǒng)設(shè)備的失寵。在現(xiàn)實(shí)中，F(xiàn)PGA是不可能取代標(biāo)準(zhǔn)的MCU，盡管提供整合更多的機(jī)會(huì)，但它是可行的在一個(gè)范圍內(nèi)的FPGA的軟核實(shí)施的供應(yīng)將維持一定的8位家庭的普及，新代開(kāi)發(fā)享受。

支持現(xiàn)在可用于軟核，加上其低甚至是零成本意味著他們已經(jīng)采取了自己的位置，在工程師的工具箱，雖然是一個(gè)很小的地方，今天。隨著FPGA進(jìn)一步發(fā)展，他們很可能會(huì)繼續(xù)整合更多功能的硬接線，其中包括處理器內(nèi)核。然而，似乎同樣放心，軟核仍將是一個(gè)可行的選擇，今后許多年。
審核編輯：彭菁