微控制器來在形狀和大小的令人眼花繚亂，但他們都有一個(gè)共同點(diǎn)：它們的功能是由制造商定義。雖然他們的外圍設(shè)備都設(shè)計(jì)得盡可能的靈活，經(jīng)常與修改某些參數(shù)的能力，有些甚至允許通過軟件添加新的功能 - 比如PSoC系列由賽普拉斯半導(dǎo)體公司，他們?nèi)匀粨碛匈Y源的固定數(shù)量，允許相對少量的自定義。這是因?yàn)榇嬖谌绱舜罅康淖凅w該固定功能。

FPGA中，在另一方面，是一個(gè)相對空白畫布：它們的功能是通過使用他們的能力幾乎無限的范圍以選擇工程師很大程度上限定。正是這種自由的設(shè)計(jì)，使團(tuán)隊(duì)能夠整合往往許多不同的數(shù)字（和越來越多的模擬）功能集成到，可以更好地滿足特定設(shè)計(jì)單一，基本上是量身定制設(shè)備。

一個(gè)主題變奏曲

可編程邏輯已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了PLD;傳統(tǒng)上流行的在相對簡單的設(shè)計(jì)，提供“膠合邏輯”。處理器內(nèi)核在知識(shí)產(chǎn)權(quán)形式的可用性意味著OEM廠商現(xiàn)在可以選擇在常最小的FPGA增加一個(gè)微控制器（MCU）。雖然他們可能無法提供的設(shè)計(jì)完全自由，增加了柔軟的內(nèi)核可以提供更大的設(shè)計(jì)整合不是簡單的組合門。

然而，或許更顯著，在軟核的形式微控制器通常由制造商特定的FPGA系列，其商業(yè)允許那些制造商提供的核心免費(fèi)的，沒有前期成本或版稅優(yōu)化。這意味著，如果你使用的是FPGA，它有余力，你基本上得到一個(gè)MCU是免費(fèi)的。此外，由于內(nèi)核進(jìn)行了優(yōu)化，運(yùn)行在什么往往是一個(gè)高性能的FPGA架構(gòu)，他們無一例外地提供比他們的分立更高的性能。

這并不奇怪 - 這可能是因?yàn)樗倪z產(chǎn)，提高可用性或只是它的大小 - 提供最豐富的軟核之一，是一個(gè)版本的令人尊敬的8051由于其長壽的，不起眼的8051可能是部署最廣泛的指令集架構(gòu)行業(yè)盡管面臨壓力，從32位的替代品（其中多以后），這仍然是其相對簡單的架構(gòu)和易用性或許是因?yàn)橐粋€(gè)牢固的喜愛與開發(fā)商，。

市場對通用和針對FPGA的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的“軟核是現(xiàn)在這么好確定，Altera公司，Microsemi的，格子和Xilinx的所有工作與第三方供應(yīng)商提供一系列的軟核。合作伙伴是數(shù)字內(nèi)核設(shè)計(jì)，并提供了一系列的8位內(nèi)核，包括8051，PIC16，HC11，以及基于對68K CISC指令集的32位內(nèi)核的版本。

定制的解決方案

當(dāng)然，對于使用FPGA的部分原因是為了創(chuàng)建一個(gè)定制的設(shè)計(jì)，提供最佳的性能對于一個(gè)給定的應(yīng)用程序，其中通用8位MCU可能不太會(huì)接受挑戰(zhàn)。在這種情況下，一個(gè)更強(qiáng)大的32位替代，可能需要和，這里，F(xiàn)PGA提供商已經(jīng)選擇了通過開發(fā)定制的解決方案來區(qū)分自己。

一個(gè)很好的例子是LEON3的核心，這是與Microsemi的Xilinx器件提供兩種。它是由開發(fā)，可從他們的相互合作艾法斯Gaisler AB。核心可以在Microsemi的融合，IGLOO，和的ProASIC3器件的Axcelerator來實(shí)現(xiàn)。它也可用于Xilinx公司的Virtex-6，Virtex-5的，的Spartan-6和Spartan-3系列。根據(jù)SPARC V8指令集與用于V8E擴(kuò)展的支持，所述芯被提供作為綜合的VHDL，這使得它能夠支持廣泛的可配置，包括高速緩存數(shù)量和大小。

可配置可以是一個(gè)關(guān)鍵的差異為開發(fā)人員和當(dāng)然是，該基金會(huì)在其FPGA廠商運(yùn)作。這并不奇怪，這種延伸當(dāng)然到軟核，但，支承芯需要一個(gè)編譯器，這不可避免地引入上只是如何配置的芯可以是一些限制。為了克服這種情況，一些廠商提供他們的軟核的變體，如在Nios II Altera提供，它聲稱可以在其任何的FPGA被實(shí)例化。 Nios II的有三種變體：快速，經(jīng)濟(jì)，和標(biāo)準(zhǔn)，并提供一系列的免費(fèi)功能外設(shè)IP核，諸如內(nèi)存控制器和串行接口。

業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)

還有一系列的'傳統(tǒng)'的架構(gòu)，包括8051，喜歡LEON3和定制解決方案，如的Nios II與MicroBlaze優(yōu)化方案，F(xiàn)PGA廠商也有支持這已成為可能是最普遍的整個(gè)嵌入式電子指令集架構(gòu)的選擇行業(yè)：ARM的Cortex-M。

雖然沒有立即識(shí)別為標(biāo)準(zhǔn)的變種，在Cortex-M1是由ARM專門為在FPGA架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。這種低門數(shù)版本是基于ARM V6-M Thumb指令集架構(gòu)，也包括32位Thumb-2指令。擴(kuò)展，以支持一個(gè)操作系統(tǒng)和調(diào)試（圖4）。芯提供前向與Cortex-M3的，這意味著，軟件可以從-M1在FPGA被移植到在ASIC或標(biāo)準(zhǔn)部分而無需重新編譯一個(gè)-M3二進(jìn)制兼容性。

Microsemi的可支持Cortex-M1在其融合，IGLOO和的ProASIC3 / E FPGA的要求之間的60萬到100萬系統(tǒng)門（具體取決于設(shè)備），這相當(dāng)于20％的FPGA資源之間％和33（如果調(diào)試特征被省略）。 Microsemi的還提供了一個(gè)開發(fā)工具，它集成了Cortex-M1在它的ProASIC3 / E設(shè)備。 Altera公司支持的Cortex-M1在其Cyclone III系列，它消耗2600邏輯元件。

不同于像8051簡單內(nèi)核中，Cortex-M1需要外設(shè)內(nèi)核，使其'工作'，這也將構(gòu)成障礙的一些開發(fā)商。然而，無論Microsemi的和Altera提供全面的工具套件，旨在使執(zhí)行盡可能簡單;如何FPGA廠商正朝著提供芯片上的完整的系統(tǒng)，而不僅僅是邏輯器件的反映。

結(jié)論

通過即使是最簡單的MCU保證其繼續(xù)使用所帶來的好處;然而，隨著對低成本的32位大規(guī)模移民變種為首的ARM的Cortex-M系列的授權(quán)，它可以被看作是傳統(tǒng)設(shè)備的失寵。在現(xiàn)實(shí)中，F(xiàn)PGA是不可能取代標(biāo)準(zhǔn)的MCU，盡管提供整合更多的機(jī)會(huì)，但它是可行的在一個(gè)范圍內(nèi)的FPGA的軟核實(shí)施的供應(yīng)將維持一定的8位家庭的普及，新代開發(fā)享受。

支持現(xiàn)在可用于軟核，加上其低甚至是零成本意味著他們已經(jīng)采取了自己的位置，在工程師的工具箱，雖然是一個(gè)很小的地方，今天。隨著FPGA進(jìn)一步發(fā)展，他們很可能會(huì)繼續(xù)整合更多功能的硬接線，其中包括處理器內(nèi)核。然而，似乎同樣放心，軟核仍將是一個(gè)可行的選擇，今后許多年。
審核編輯：彭菁