為國(guó)產(chǎn)FPGA正名-國(guó)內(nèi)外知名產(chǎn)品大比拼

為國(guó)產(chǎn)FPGA正名——國(guó)內(nèi)外知名產(chǎn)品大比拼印象中FPGA市場(chǎng)基本是Altera和Xilinx一統(tǒng)天下，他們的明爭(zhēng)暗斗決定著FPGA的未來(lái)，甚至他們各自的家族產(chǎn)品都是對(duì)著干的。Lattice、Actel、Atmel各有其小眾市場(chǎng)，再有別的廠商，基本上是不太叫得上來(lái)了。國(guó)產(chǎn)FPGA？是不是聽錯(cuò)了，沒有。記得第一次聽說(shuō)FPGA前面加了個(gè)定冠詞“國(guó)產(chǎn)”應(yīng)該可以追溯到還和價(jià)格堪比年薪的軍品糾結(jié)的歲月。不過(guò)那個(gè)“國(guó)產(chǎn)”二字總感覺和“盜版”諧音，真的不是損誰(shuí)，只是實(shí)事求是的說(shuō)。也許這種模式也叫“中國(guó)特色”吧，好歹比那天忘了在哪位大俠博客看到的“二次包裝”的“中國(guó)制造”強(qiáng)上千百倍。Xilinx早期的XC4打頭的FPGA，也只有ISE4以前的版本支持，“低端”軍品也就這幾款了。所以國(guó)內(nèi)的XX所也很牛，居然能夠逆向設(shè)計(jì)將他們的“國(guó)產(chǎn)”FPGA做得和它完全兼容，不止是PIN2PIN，甚至連開發(fā)工具他們都不用徒手打造了，告訴我們完全替代現(xiàn)有的Xilinx器件。有時(shí)候不得不感嘆，中國(guó)人很牛。外國(guó)人可以做到的，基本上沒有中國(guó)人做不到的。時(shí)光荏苒，已不再需要靠那些“可靠”換“性能”的片子干活了。而FPGA的成本卻越來(lái)越成為產(chǎn)品開發(fā)中揮之不去的夢(mèng)魘，于是乎，老板想盡辦法要壓榨FPGA的成本，這次找來(lái)了又一個(gè)“國(guó)產(chǎn)”準(zhǔn)備在低端低成本的應(yīng)用中大干一場(chǎng)。不過(guò)幾番觀察下來(lái)，特權(quán)同學(xué)開始對(duì)此“君”頗有好感，它也許算不上真正意義上的“國(guó)產(chǎn)”，但是多少讓人感受到了它走的是一條“正規(guī)”有“前途”的路子。其實(shí)也只是昨天才開始正式的和這家名為AgateLogic的FPGA廠商有了一些“親密”接觸。它的開發(fā)工具，它的開發(fā)流程，它的主打芯片結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、性能都有所了解，但要真*實(shí)彈的用這個(gè)家伙干活，還得有更深入的嘗試和驗(yàn)證。對(duì)這些嘗試做些記錄，也許，是一次蠻有意思的嘗試。今天先簡(jiǎn)單的沒主題的隨便扯談吧。首先，這家公司是提供了兩個(gè)系列的產(chǎn)品，其中一個(gè)系列工藝先進(jìn)些，據(jù)說(shuō)性能好一些，只不過(guò)年初剛量產(chǎn)，還不是主推產(chǎn)品，姑且不詳談，畢竟特權(quán)同學(xué)的DEMO板上的主角兒也不是它。另一個(gè)低端點(diǎn)的系列叫Astro，別小看它了，先羅列一下參數(shù)大家瞧瞧?！镉埠恕梢耘艿?00MHz的8051硬核，標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)IIC一個(gè)、SPI一個(gè)、USART兩個(gè)、定時(shí)器數(shù)個(gè)?！?Mbit一次性可編程存儲(chǔ)（OTP）——加密的利器啊?！?個(gè)PLL——3個(gè)可選輸出，相位可調(diào)?！锟蛇x的內(nèi)部4MbitFLASH?！?個(gè)9Kbit可配置存儲(chǔ)器——雖然對(duì)于片內(nèi)存儲(chǔ)要求很高的特權(quán)同學(xué)有點(diǎn)“巧婦難為無(wú)米之炊”了，不過(guò)低端應(yīng)用犧牲一些“性能”還是可以接受的。有這些東西還不算，最主要的還是它保持著傳統(tǒng)“中國(guó)特色”的“便宜”，基本上3個(gè)美金可以拿到有1024個(gè)LUT的器件了。若是要和當(dāng)前的Altera相關(guān)解決方案比比，那真得是蠻有競(jìng)爭(zhēng)力的。MAXII系列CPLD除了邏輯真得沒有別的用處了，而邏輯資源遜色不少的EPM570（EPM1270不說(shuō)了）目前市場(chǎng)上估計(jì)是有缺貨的因素，居然賣到30好幾個(gè)RMB了。而如果選擇Cyclone系列最便宜的EP1C3好像也只要30多RMB，但是要跑個(gè)最經(jīng)濟(jì)的NIOS也有點(diǎn)困難。而且有個(gè)很有意思的現(xiàn)象，正規(guī)代理商會(huì)很無(wú)奈的告訴你這樣的老器件要30的數(shù)倍價(jià)格才能搞到，而外面的小商小販賣的就是30的準(zhǔn)“白菜價(jià)”（當(dāng)然不排除買到“散新貨”的可能）。而Astro卻連配置器件和外掛MCU的成本都省了，雖然它也是基于SRAM的結(jié)構(gòu)。（不行，越比發(fā)現(xiàn)這東西越好。先申明一下，這里不是推銷，只是比較，特權(quán)同學(xué)是用芯片的，不是賣芯片的。嘿嘿）今天花了一上午把它們的開發(fā)工具Primace的Help過(guò)了一遍。再說(shuō)個(gè)題外話，昨天到它們的上海辦事處，感覺上這般人對(duì)版本的管理不是很好，動(dòng)不動(dòng)來(lái)一個(gè)版本，讓我們當(dāng)時(shí)一個(gè)版本裝另一個(gè)版本卸的來(lái)回折騰好幾次才看到Primace的本來(lái)面目。還有那個(gè)USB下載線，MCU要一個(gè)JTAG，F(xiàn)PGA也要一個(gè)JTAG，如果能二合一的干活多好啊，就像咱的NIOS2。FPGA開發(fā)，確切的說(shuō)硬件系統(tǒng)的開發(fā)都是有賴于Primace的，軟件是KEIL，它們提供了一套接口，用上去還算方便。這個(gè)Primace整個(gè)一ISE或者QuartusII的簡(jiǎn)化版，畢竟也是剛起步，勉強(qiáng)可以接受，怎么說(shuō)咱當(dāng)年在ISE10大行其道的年代也有過(guò)被迫無(wú)奈“玩轉(zhuǎn)”ISE4的經(jīng)歷。截個(gè)圖，如圖1，它們的開發(fā)流程也算是軟硬兼施，F(xiàn)PGA的流程很簡(jiǎn)化，看上去很“清爽”。最終把FPGA配置文件bitgen和KeilC的Hex一起在軟件里生成個(gè)新文件下載就行。圖1開發(fā)工具真的很“簡(jiǎn)陋”。時(shí)序約束和分析特權(quán)同學(xué)還沒摸懂怎么回事，就那么兩三個(gè)GUI選項(xiàng)，只能說(shuō)是比Classictiminganalyzer還Classic，這一點(diǎn)是特權(quán)同學(xué)最擔(dān)憂的；提供的板級(jí)調(diào)試手段也很有限，好像就一個(gè)稱為Signalmonitor的家伙，沒有嘗試，就不妄下定論，好在本來(lái)它的邏輯資源也不多，調(diào)試起來(lái)有沒有在線手段也無(wú)關(guān)緊要。51硬核性能測(cè)試IO口速度測(cè)試，使用以下程序測(cè)試高電平脈寬。while（1）{P0=0xf;P0=0x0;}同等條件下與其他MCU比較：

單片機(jī)/處理器工作頻率高脈沖寬度ASTRO8051硬核25MHz約1usASTRO8051硬核50MHz約500nsASTRO8051硬核100MHz約250nsSTC89C51611.0592MHz約2.16usNIOSII/e32位軟核25MHz約2.5usNIOSII/s32位軟核25MHz約160nsNIOSII/f32位軟核25MHz約160ns在兩次操作之間插入延時(shí)函數(shù)，分別延時(shí)delay（1）、delay（2）、delay（3）、delay（4）。測(cè)試延時(shí)函數(shù)如下：voiddelay（ucharcnt）{uchari=0;while（i《cnt）{i++;}}由于delay（）函數(shù)調(diào)用一次會(huì)有一些額外開銷（如賦初值等），所以我們通過(guò)不同延時(shí)值的實(shí)際延時(shí)差來(lái)看指令運(yùn)行的速度。換句話說(shuō)，對(duì)前面的程序，可以通過(guò)每次delay（）函數(shù)的差值來(lái)計(jì)算每多執(zhí)行一次i++和一次i特權(quán)同學(xué)曾使用相同條件測(cè)試了51單片機(jī)，通常11.0592MHz下工作的51單片機(jī)每多執(zhí)行一次i++和一次i延時(shí)函數(shù)ASTRO8051硬核NIOSII/s32位軟核50MHz100MHz25MHz50MHzDelay（1）5.0us2.5us6.5us4usDelay（2）6.6us3.3us9us6usDelay（3）8.3us4.2us11.5us7.5usDelay（4）9.9us5.0us14us9.5usi++與i約1.63us約0.83us約2.5us約1.25us簡(jiǎn)單的一些性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)這個(gè)51硬核還是有花頭的，至于穩(wěn)定性和可靠性上還需繼續(xù)驗(yàn)證和嘗試。當(dāng)然，本文的測(cè)試是使用了片內(nèi)的存儲(chǔ)器作為代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，實(shí)際速度性能和存儲(chǔ)器的性能關(guān)系非常大，是需要進(jìn)一步考核的項(xiàng)目。

存儲(chǔ)器有幾點(diǎn)關(guān)于代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)配置的一些疑問(wèn)，麻煩解答一下：?jiǎn)枺捍a存儲(chǔ)器可以選擇OTP或者extensionmemory，一般在最終軟件定型后使用OTP沒有問(wèn)題，而在調(diào)試過(guò)程中會(huì)選擇extensionmemory。extensionmemory里有三類：EMB、SRAM和Custom，通常代碼存儲(chǔ)器應(yīng)該是非易失存儲(chǔ)器，而你們這里列出來(lái)的EMB和SRAM都是下電易失的，這一點(diǎn)我不是很明白？難道說(shuō)extensionmemory只是在KeilC處于debug模式時(shí)代碼運(yùn)行的存儲(chǔ)區(qū)，而非代碼下電存儲(chǔ)的介質(zhì)？EMB只有1K（最大可以到2K），如果設(shè)置了這個(gè)代碼存儲(chǔ)器，是不是KEILCDEBUG時(shí)代碼不可以超過(guò)1K？FAE：EMB和SRAM都是易失的，用EMB是最大可支持2KB的code空間，EMB初始化的信息與FPGA配置信息一起存儲(chǔ)在內(nèi)嵌SPIFlash中，上電自動(dòng)加載，用SRAM時(shí)，需要使用我們提供的SRAMLoader工程，利用Astro重配置特性進(jìn)行加載。問(wèn)：與上面類似的疑問(wèn)，關(guān)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，兩個(gè)選項(xiàng)，on-shipSRAM默認(rèn)勾選，這個(gè)沒有疑問(wèn)。而FP應(yīng)該是內(nèi)部擴(kuò)展的4MFlash，應(yīng)該是非易失存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通常沒有必要是非易失的吧？我認(rèn)為按照常規(guī)，代碼存儲(chǔ)是非易失存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是易失存儲(chǔ)器，而你們的配置選項(xiàng)讓我有點(diǎn)糊涂。FAE：Astro內(nèi)部為8051提供16KB專用SRAM，用作data空間。問(wèn)：另外，SPI燒錄應(yīng)該是將FPGA配置數(shù)據(jù)燒錄到4MFLASH中吧？而用ConfigurationPacker功能應(yīng)該是要將FPGA配置數(shù)據(jù)和軟件hex文件封裝成一個(gè)文件燒錄到4Mflash中吧？我這么嘗試過(guò)好像下電后系統(tǒng)沒有跑起來(lái)，那么是不是在系統(tǒng)的存儲(chǔ)器配置中有所講究呢？FAE：ConfigurationPacker可以讓Astro內(nèi)存儲(chǔ)多個(gè)配置文件，利用它可以在使用SRAM做code空間時(shí)打包SRAMLoader工程進(jìn)行上電自動(dòng)加載。附件中是關(guān)于Astro的幾個(gè)應(yīng)用文檔，您先看一下，寫的比較詳細(xì)，相信對(duì)您理解Astro用法會(huì)很有幫助，謝謝！昨天對(duì)AgateLogic負(fù)責(zé)硬件的FAE狂轟濫炸，對(duì)于其開發(fā)工具和器件的結(jié)構(gòu)都有更深入的了解和認(rèn)識(shí)，上面的幾個(gè)問(wèn)答只是關(guān)于51硬核的數(shù)據(jù)和代碼存儲(chǔ)器方面的，好一番追問(wèn)之后，總算逼出了幾個(gè)像模像樣的文檔出來(lái)，消化后再做了一些實(shí)踐，然后有一點(diǎn)收獲和對(duì)后續(xù)項(xiàng)目在存儲(chǔ)器配置上的一些可行性的想法。另外，關(guān)于時(shí)序方面的一些疑問(wèn)也得到了解答，不是很放心，也問(wèn)出了一些真真確確的“問(wèn)題”來(lái)，并且目前在用軟件版本的一些bug也被我問(wèn)出來(lái)了，目前還需要等著廠商給我提供補(bǔ)丁，所以關(guān)于時(shí)序方面的博文只能暫緩進(jìn)行。特權(quán)同學(xué)問(wèn)題提得比較到位，但不是很有水準(zhǔn)。FAE回答得也不是很容易讓人明白，最后還是文檔給出了比較權(quán)威的解答。在討論Astro系列芯片51硬核的軟件運(yùn)行模式之前，要先看看Astro系列芯片到底已經(jīng)提供了哪些片內(nèi)的存儲(chǔ)資源，不看不要緊，一看嚇一跳——可謂品種齊全，滿足各類需求。1.總共1Mbit的OTP型存儲(chǔ)區(qū)，其中64KB用于FPGA的配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，另64KB用于51硬核的最終代碼存儲(chǔ)器。2.4Mbit（512KB）的FPGA和8051公用的SPIFlash。3.2塊9Kbit的可配置雙端口EMB。4.16KB的51硬核專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。Astro系列芯片51硬核的軟件主要運(yùn)行模式：小模式：不外掛存儲(chǔ)器，使用芯片現(xiàn)有資源，F(xiàn)PGA配置數(shù)據(jù)和8051代碼（小于2KB）存儲(chǔ)于SPIFlash中。系統(tǒng)上電后，F(xiàn)PGA配置數(shù)據(jù)先從SPIFlash中導(dǎo)出并配置FPGA，也包括EMB的初始化數(shù)據(jù)（即軟件代碼從SPIFLASH搬運(yùn)到EMB中）；完成后8051代碼直接從EMB中開始運(yùn)行。內(nèi)嵌8051在無(wú)等待周期的狀態(tài)下，最快時(shí)鐘頻率可到70MHz，性能到47MIPS的性能。主要用于8051代碼較少時(shí)，調(diào)試生產(chǎn)兩便，成本也比較低。手記二中的測(cè)試就是基于該模式，性能還算可以。調(diào)試模式：外掛SRAM存儲(chǔ)器，F(xiàn)PBootloader配置數(shù)據(jù)、FPGA用戶程序配置數(shù)據(jù)和8051用戶代碼分段存儲(chǔ)于SPIFlash中。系統(tǒng)上電先從SPIFlash中導(dǎo)出FPBootLoder配置數(shù)據(jù)（內(nèi)含