fpga - FPGA与计算机系统的高效集成

Question

FPGA 在业界被广泛使用，通过在 FPGA 上实现程序而不是软件来获得更好的性能。

这些公司如何有效地将 FPGA 集成到他们的系统中？

我对 FPGA 的经验非常有限，并且仅通过将它们与 USB 和串行端口连接来使用它们，我想这不是充分利用 FPGA 实现的最佳方式。

那么这些公司是做什么的呢？例如，他们是使用一些可以插入计算机系统中 PCI 插槽的特殊 FPGA，还是他们可能购买了一些带有集成 FPGA 的特殊 SoC，可以很容易地被程序员覆盖？

我在远离硬件的高级语言编程方面拥有最丰富的经验，所以如果这个问题听起来很愚蠢，我很抱歉 - 我只是对低层没有太多知识和经验:)。但我曾经有一门使用 FPGA 的类(class)，这是一次非常开放的体验。所以现在我梦想拥有一个计算机系统，我可以用高级语言编写一些部分，然后与我上传了一些合成 VHDL 的集成 FPGA 进行一些通信。

也许甚至可以编写由高级代码和一些 VHDL 组成的程序，这些 VHDL 在程序启动时会自动合成并上传到 FPGA 板上……那太棒了!

Answer 1

PCIe

FPGA 与系统主处理器之间往往需要尽可能高的带宽，因此 FPGA 经常作为 PCIe 设备连接到主 CPU。

电子白板

所有最新的 FPGA 都可以与高速 I/O 接口(interface)连接，因此不需要“特殊”的 FPGA 将其与 DDR3、PCI 或 PCIe 连接，只有电子板需要 PCIe 连接器。

如果没有可用的 FPGA 开发套件板真正适合系统，则可能需要设计定制电子板。

传感器和 CPU 之间

请注意，FPGA 通常位于外部接口(interface)和主处理器“之间”。

然后它负责处理来自外部传感器或传输系统(相机、光纤、以太网、 radio ……)的数据，以低级实时处理卸载处理器。

嵌入式系统

但并非所有系统都“基于 PC”。有些嵌入式系统使用 FPGA 作为它们的主要“处理器”。在这样的系统中，您可能有一 block 以 FPGA 作为系统核心的电子板(对于critic 系统，不允许带有相关可能软件错误的普通处理器)。

在其他嵌入式系统上，电子板配备了处理器和 FPGA。

软核

对于某些嵌入式系统，需要一个小型微 Controller 。无需将它放在 FPGA 旁边的电子板上，它可以在 FPGA 内部作为软核实现。

FPGA SoC

但最近的 FPGA(xilinx zynq、altera cyclone V soc)包含了一个“硬核”双核 A9 ARM。它就像一个 SoC，在 ARM 和可编程逻辑部分 (PL) 之间具有高速连接的“FPGA”部分。所以处理器和FPGA在同一个芯片中。

希望这可以帮助。