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基于FPGA的软核处理器(如NIOS II/MicroBlaze)实际项目中有用吗?

逻辑电路爱好者逻辑电路爱好者
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3天前
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在教程里学过用Qsys/Vivado Block Design搭建一个带NIOS II软核的系统,感觉就是把FPGA当成了一个更灵活的单片机。但在实际工业产品中,这种方案真的会被采用吗?它的应用场景是什么?和直接用ARM Cortex-M系列单片机相比,优势在哪里?如果我想往FPGA的嵌入式系统方向发展,需要重点学习什么?
逻辑电路爱好者

逻辑电路爱好者

这家伙真懒,几个字都不愿写!
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  • 硅农预备役2024

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    实际项目里当然有用,而且不少。不过得看具体场景,不是所有地方都适合。

    软核处理器最大的好处就是能跟FPGA的逻辑部分紧密配合。比如你有个高速数据采集板,FPGA部分负责做数据预处理、滤波或者协议转换,这些活单片机干起来费劲。处理完的数据,可能还需要一些复杂的控制逻辑或者跑个轻量级的TCP/IP协议栈,这时候用硬核单片机还得外挂一片,通信又是个麻烦。直接用片内的软核,通过AXI总线跟逻辑部分通信,数据就在片内流动,设计起来干净利落,可靠性也高。

    跟ARM Cortex-M比,优势不在处理器本身性能,而在系统集成度。Cortex-M是独立的芯片,性能强、生态好,这是它的长处。但如果你系统里本来就需要FPGA干别的活,再加一颗单片机,成本、板面积、功耗、信号完整性都要多考虑。软核相当于“白送”的控制器,虽然性能弱一些,但省了一颗芯片,也省了芯片间通信的延迟和风险。场景就集中在那些“FPGA为主,需要一点智能控制”的地方,比如工业通信网关、特定协议转换器、高端测试仪器里的控制模块。

    往这个方向发展,重点别只盯着软核本身怎么配置。那只是工具点几下鼠标的事。要深入理解总线,比如Avalon-MM或者AXI,搞清楚软核怎么通过总线跟你的自定义逻辑交互,怎么设计高效的数据通路。然后就是软件层面,怎么给自定义的外设写驱动,怎么优化Bootloader,甚至要不要上RTOS。本质上,你是在设计一个“片上系统”,软核只是其中一部分。

    另外,调试能力很重要。用Signaltap/Chipscope看逻辑时序,用System Console或者SDK调试软件,两边如何协同调试,这个得练。单纯会搭个NIOS II跑个Hello World,那确实跟玩单片机没区别,也体现不出价值。

    3天前
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