這個工具把FPGA從硬件工程師手中解放出來

這個工具把FPGA從硬件工程師手中解放出來多年以來，多少廠商前赴后繼，試圖讓FPGA開發(fā)更簡單，但是他們都成了FPGA歷史長河中的一抹紅暈。今年以來，F(xiàn)PGA在產(chǎn)業(yè)的關(guān)注度迅速提升，一個原因是其與人工智能、VR等熱門應(yīng)用密切相關(guān)，另個原因是國際大廠如英特爾以及本土巨頭如紫光集團等對FPGA的青眼有加，收購融資熱門不斷，大有與CPU，GPU分爭天下的趨勢。然而，傳統(tǒng)上FPGA開發(fā)絕對不像X86處理器那樣簡單，需要專業(yè)的工具以及專業(yè)的知識甚至芯片設(shè)計基礎(chǔ)，開發(fā)其應(yīng)用主要途徑是采用最底層的硬件實現(xiàn)，這也是阻礙其普及一個因素。一方面FPGA成為勢不可擋的趨勢，一方面其用戶局限在少數(shù)硬件工程師手中。如何解放FPGA，讓更多的應(yīng)用能夠獲益于FPGA的靈活、高性能功耗比的優(yōu)勢呢？這個問題，在過去的幾年中，從來不乏各種各樣的嘗試，試圖降低FPGA的開發(fā)門檻，而大多數(shù)最終都成為無足輕重的歷史。最終能夠改變這個歷史的，恐怕還得靠賽靈思這個龍頭老大。除了推出軟件定義的設(shè)計環(huán)境如SDSoC，SDAccel，SDNet讓軟件工程師可以輕松開發(fā)FPGA應(yīng)用之外，其通過支持和打造一個生態(tài)合作伙伴環(huán)境，正在解放FPGA現(xiàn)有局限。最近，其合作伙伴PLDA開發(fā)出一種新流程，有望讓FPGA實現(xiàn)真正的大眾化。PLDA所開發(fā)出的一種稱作QuickPlay的工作流程，號稱可以高效解決實現(xiàn)復(fù)雜性問題，為FPGA開發(fā)提供多種使用模式。其價值核心是其軟件開發(fā)人員將原本用于CPU的應(yīng)用，部分或全部地實現(xiàn)在FPGA硬件上。QuickPlay能夠全面發(fā)揮FPGA資源的作用，將這些功能強大而復(fù)雜的器件轉(zhuǎn)化為軟件定義平臺，無需艱苦的硬件設(shè)計即能獲得FPGA帶來的優(yōu)勢。牛吧！做過設(shè)計的人都知道，硬件執(zhí)行算法無論是時間還是功耗上都占有極大的優(yōu)勢，用DSP軟件去做圖像處理不僅耗時且功耗極高，而用FPGA來做，效率則高得驚人！QuickPlay是什么樣的流程？任何旨在使用自定義硬件幫助軟件開發(fā)人員來增強其應(yīng)用的工具應(yīng)該有如下特點：

從純軟件代碼中創(chuàng)建功能硬件；

根據(jù)需要采用現(xiàn)有的硬件IP模塊；

調(diào)用并創(chuàng)建所有的支持硬件（接口、控制、時鐘等）；

支持使用現(xiàn)成商用開發(fā)板以及自定義平臺；

確保生成的硬件能自動建構(gòu)校正，這樣無需進硬件調(diào)試；且

支持僅使用標準軟件調(diào)試工具即可調(diào)試功能模塊。PLDA設(shè)計的QuickPlay以滿足所有各項要求，讓純軟件開發(fā)人員以極小工作量就能指定、構(gòu)建和集成FPGA到自己的軟件架構(gòu)中。以軟件為中心的方法使用QuickPlay實現(xiàn)整個設(shè)計流程相當簡單直觀：

1.開發(fā)硬件引擎的C/C++語言功能模型。

2.使用標準的C/C++語言調(diào)試工具來驗證功能模型。

3.指定目標FPGA平臺和I/O接口（PCIe、以太網(wǎng)、DDR、QDR等）。

4.編譯并構(gòu)建硬件引擎。QuickPlay使用直觀的數(shù)據(jù)流模型，能從數(shù)學(xué)角度保證可確定性執(zhí)行，與執(zhí)行引擎無關(guān)。該模型由稱之為內(nèi)核的并行功能組成，負責與流通道進行通信。因此它與軟件開發(fā)人員在白板上勾勒應(yīng)用草圖關(guān)聯(lián)緊密。為確保行為的確定性，這些內(nèi)核必須彼此進行通信，以防發(fā)生競態(tài)條件和死鎖等數(shù)據(jù)沖突。實現(xiàn)這一要求的方法是使用具備下列特點的流通道：（1）基于FIFO，（2）阻塞式讀取和阻塞式寫入，以及（3）點對點。這些就是PLDA據(jù)以構(gòu)建QuickPlay的計算模型——卡恩進程網(wǎng)絡(luò)（KPN）的特點。圖1的QuickPlay設(shè)計實例描述了KPN模型。圖1—QuickPlay中的設(shè)計實例任何內(nèi)核的內(nèi)容都可以是任意C/C++語言代碼、第三方IP，甚至是HDL代碼（對硬件設(shè)計人員而言）。QuickPlay采用相當簡單直觀的設(shè)計流程（圖3）。圖2—QuickPlay采用簡單直觀的設(shè)計流。QuickPlay帶給開發(fā)者的好處是什么？QuickPlay帶來的好處很明顯，開發(fā)者再不用關(guān)心內(nèi)核功