如今,很多嵌入式厂家把目光投向了增长迅速的32位市场,发展32位嵌入式处理器。除了传统的硬核产品外,软核也开始崭露头角。在FPGA世界,继Xilinx的MicroBlaze之后,5月19日,Altera公司也正式推出了Nios II系列32位RSIC嵌入式处理器。Altera这款第二代软核嵌入式处理器性能超过200DMIPS,一个仅需35美分,而且在一块芯片中最多可集成100个Nios II,因此为系统开发者提供了又一新选择。

软核的优势

据Gartner Dataquest估计,到2007年,含16/32位嵌入式处理器的FPGA市场规模将达到110亿美元。

FPGA厂商先前都有硬核解决方案,为何还要发展软核？

软核的未来更加诱人。Gartner Dataquest在2003年11月的报告指出：预期2010年开始采用FPGA平台进行的设计开发中,3/4将是带软核处理器的。谈到原因,Altera IP业务部副总裁Craig Lytle说主要有四点：1,软核可使用的处理器可最多达100个,而硬核在单个器件上的数量是固定的;2,从Altera的角度说,所有Altera FPGA产品都支持软核处理器产品,从低成本到高性能产品,从低密度到高密度产品;而能支持硬核的套餐产品是固定有限的;3,随着系统日益先进,基于标准处理器的方案会被淘汰,而象Nios II处理器的方案是基于HDL源码构建的,能够修改以满足新的系统需求,避免了被淘汰的命运。将处理器实现为HDL的IP核,开发者能够完全定制CPU和外设,获得恰好满足需求的处理器;相比之下,硬核处理器不可能让客户自己定义指令。4,软核处理器可以实现高性价比的结构,对于Altera来说有多种版本软核可供选择：经济版、快速版与标准版,而硬核往往只有一个版本。

谈到软核的缺点,硬核作为单一处理器在频率上可能更高,不过,今天看到的FPGA厂商的硬核处理器在工艺上难以是最领先的,往往落后一、二代,所以性能的优势无法落实在实际的产品上。例如,Stratix II上的Nios II速度与竞争对手的硬核处理器在速度上是一样的,这是由于Stratix II使用90nm技术,而竞争对手还难以达到这么新的工艺。

不过,FPGA厂家之间的软核相互水火不容,远没有IC设计世界里IP可随便选用的大度。例如,Nios II主要用于Altera FPGA中,MicroBlaze主要用于Xilinx产品中。究其原因,笔者认为FPGA厂家主要以推广FPGA平台为主,IP为配合,而这些FPGA垄断厂家的平台之间就是互不兼容的,迫使用户在使用FPGA与芯核之前必须要先选定立场。

Nios II特点

Nios II系列包括三种软CPU核,一种是最大系统性能的高速版(Fast),一种是为最少逻辑使用量优化的经济版(Economy),还有一种是前两种CPU的平衡的标准版(Standard)。所有核都是100%代码兼容,让设计者根据系统需求变化改变CPU,而不会影响现有的软件投入。Nios II系列是建立在前一代的基础之上,能以少量的资源提供更多的性能。另外,Nios II处理器具有完善的软件开发套件,包括编译器、集成开发环境(IDE),JTAG调试器,实时操作系统(RTOS)和TCP/IP协议栈。■