作者：王超
首发：电子电路开发学习
软核和硬核
内嵌处理器硬核的FPGA，即SoC FPGA，是在芯片设计之初，就在内部的硬件电路上添加了硬核处理器，是纯硬件实现的，不会消耗FPGA的逻辑资源，硬核处理器和FPGA逻辑在一定程度上是相互独立的，简单的说，就是SoC FPGA就是把一块ARM处理器和一块FPGA芯片封装成了一个芯片。
更多介绍可以查看：FPGA硬核和软核处理器的区别
1.Xilinx的ZYNQ-7000系列
Xilinx发明的FPGA颠覆了半导体世界，创立了Fabless（无晶圆厂）的半导体模式。Zynq®-7000 系列集成了 ARM Cortex-A9 处理器，同时具有ARM软件的可编程性和FPGA 的硬件可编程性，不仅可实现重要分析与硬件加速，同时还在单个器件上高度集成 CPU、DSP、ASSP 以及混合信号功能。
ZYNQ芯片内部框图
准确的说，ZYNQ并不能说是一个嵌入式ARM硬核的FPGA，官方对其称呼是可扩展处理平台。Zynq-7000可扩展处理平台是采用赛灵思新一代FPGA（Artix-7与Kintex-7FPGA）所采用的同一28nm可编程技术的最新产品系列。可编程逻辑可由用户配置，并通过“互连”模块连接在一起，这样可以提供用户自定义的任意逻辑功能，从而扩展处理系统的性能及功能。
ZYNQ芯片资源主要分为两个部分：PL和PS，PL即可编程逻辑部分，指的是FPGA部分。PS即可编程系统部分，指的是ARM处理器部分，两者之间可以通过总线进行通信。对于一个不熟悉FPGA的嵌入式软件工程师来说，完全可以把它当做ARM MPU来使用，使用例程中搭建好的硬件环境，在SDK中开发。如果在进行软件调试时，发现某些算法太慢，速度上不去，可以用FPGA的逻辑部分把这部分进行优化，一般情况下快个一二十倍是没问题的。从FPGA逻辑部分到ARM软件开发，可以完全在Xilinx自家的开发环境里切换。
PYNQ系列是ZYNQ的升级版，简单的理解就是：Python + ZYNQ的意思。至于Python是如何控制硬件的，
有了Python的加持，可以非常方便的进行FPGA开发，可以充分利用Python的灵活性和FPGA的硬件资源，可以简化图像处理和人工智能的算法设计。
2.Altera的Cyclone V系列
2015年12月，Intel斥资167亿美元收购了Altera公司 。作为FPGA市场的二把手，既然Xilinx推出了ZYNQ，那Altera也得跟上老大的脚步啊！相比于Xilinx的SoC FPGA系列，Altera的内嵌ARM硬核的FPGA系列就比较多了，这里我整理了一个表格：
Altera® Arria® V GT FPGA开发套件，官方售价$3,995
整体来看，可能是ZYNQ的生态做得比较好，ZYNQ还是挺多资料的，而Altera的SoC FPGA资料不是很多。
3.Microsemi的SmartFusion系列
FPGA领域，大家比较熟知的就是以上两个厂商了，不过以上两家主流的FPGA都是基于SRAM工艺的，即芯片外部需要搭配一片SPI Flash用于存储程序，这样就会有一个问题，如果只是进行程序下载而没有进行程序固化，就会导致掉电数据丢失的问题，而且由于读写外部器件需要时间，所以上电不能立刻启动。而Microsemi的FPGA都是基于Flash结构的，即芯片内部有Flash可以用于程序存储，不用区分程序下载和程序固化，掉电数据不会丢失，上电立刻启动。Microsemi的主要市场在医疗机构、军工航空、汽车和工业控制领域。
Microsemi大家可能不太熟悉，说到Microsemi，我们不得不提一下它的历史，最开始Microsemi 是做功率电子器件的，Actel是做基于Flash结构FPGA芯片的，2010年，Microsemi收购了Actel，2018年，Microchip又收购了Microsemi，所以现在的第三大FPGA厂商应该是MicroChip。
2019 FPGA市场份额占有率 | 数据来源：MRFR
相比于Xilinx和Altra的FPGA内嵌的ARM Cortex-A系列MPU处理器，Microsemi的FPGA就显得比较LOW了，基于130nm工艺，主要有两个系列SmartFusion和SmartFusion 2，即一代和二代，都是内嵌的ARM Cortex-M3硬核，和STM32内嵌的是同一个内核，外设也都是比较常用的，如UART、SPI、IIC、EPROM、RTC等等。所以这个芯片的使用对于有单片机基础的朋友来说，比较容易上手。FPGA部分和ARM部分相互独立，可以通过APB总线来进行数据交换。
SmartFusion第一代FPGA内部框图
总结
可能是Xilinx ZYNQ的生态做得比较好，网络上的工具、文档资料、社区支持、相关书籍支持都很到位，而Altera的资料就不那么好找了。
推荐阅读
欢迎关注公众号：电子电路开发学习，id：mcu149。
更多电子电路、单片机、嵌入式、物联网等技术文章欢迎关注电子电路开发学习专栏。
