MCU\\DSP與FPGA互相滲透,日趨融合

MCU有8、16、32位之分，也有ARM與非ARM之別：目前部分廠商采用了ARM Cortex-M4核，希望進軍DSP領域：DSP老大一一TI把自己的C2000DsP系列劃為了MCu業務組：同時，FPGA廠商也試圖深入傳統的DSP和嵌入式處理器領域：有些MCu廠商稱其芯片可替代FPGA、DSP……嵌入式處理器的應用領域之間互相滲透，芯片功能越來越融合，因此界限越來越模糊。那么他們各自的顯著特點是什么呢?MCU及DSP

TI半導體事業部MCU業務組現在不僅負責其經典的16位MCU——MSP430，還有兩年前收購Luminarv的基于ARMCortex-M3的32位處理器，更把其低端DSP——C2000 DSP系列也劃撥進來。那么當向客戶推薦方案時，如何協調其產品線關系?TI MCU業務拓展經理吳健鴻稱，“向客戶介紹產品時，我們一定會推薦最合適的產品。”在Cortex-M3等MCU和C2000里面有一些軟件庫會共享。這樣，如果客戶的一些產品用的是C2000，另一些產品可能用到Cortex-M3MCU，是可以同時采用TI的軟件庫的。筆者推測，由于TI有強大的DsP功能，因此TI并沒有采用具有DSP功能的ARM Cortex-M4的授權，而著力發展ARM Cortex-M3，進軍傳統32位處理市場：而MSP430系列主攻傳統的8位8051市場。

NXP、Freescale等采用了ARMCortex-M4的授權。其中NXP也采用了ARM Cortex-M3的授權。如何區分M3和M4? NXP的Geoff以去年底推出的LPC4000系列為例，指出Cortex-M4的特點是DSP處理能力非常強大，因為M4有很多免費DSP庫的資源供用戶使用。

另外，Geoff還介紹了M4與ARM9核相比的優勢：該公司在與電視和機頂盒客戶的探討中，發現對于高性能核而言，它們主要是通過硬件來實現，這就出現了功耗問題，如果MCU一直是高速運行沒問題：但在低速時，ARM9的低功耗效果不如M4強。所以在一些高性能應用上，可以把M3、M4用到片上實現高性能MCU方面功能。

飛思卡爾去年6月宣布與ARM合作，推出了基于ARM Cortex-M4的Kinetis系列。盡管飛思卡爾擁有自己獨特而豐富的架構，如S08、ColdFire／ColdFire+、Power架構等，但飛思卡爾認為ARM MCU的最大特點是上手快，希望Kinetis延伸到那些喜歡用ARM架構的客戶上。M4不僅與M3兼容，還具有DSP的功能，為將來DsP應用打下了伏筆。

MCU與FPGA

STM(意法半導體)和NXP等MCU公司近期提到其部分基于M3／M4架構的MCu可以替代FPGA功能；而FPGA企業如Altera、Xilinx和Microsemi(2010年10月Microsemi收購了FPGA公司Actel)也力圖延伸入嵌入式領域。那么，二者的相互關系是什么?NXP的Geoffi兌，事實上MCU的目標并不是完全替代FPGA，例如當3000門以下比較簡單的應用時，MCu可以實現類似于FPGA功能的應用。

而FPGA公司也承認。邏輯門數要求更高的嵌入式應用是FPGA定位的主戰場。

DSP與FPGA

筆者最近追蹤2010年“全國大學生電子設計競賽信息安全技術專題邀請賽”時，發現一個有趣的現象，在由TI和Xilinx等贊助的這項大賽中，一等獎中既有采用TI DSP、也有采用Xilinx FPGA實現手背靜脈身份認證的作品：整個獲獎作品中，網絡通信方案中都有兩家公司的身影。

實際上，近幾年，FPGA也把部分重點定位在DSP的傳統領地，并且28nm等先進制程呼之欲出，DSP的主流制程還是40nm左右。FPGA廠商聲稱，隨著FPGA的成本和功耗的持續降低，FPGA會在LDSP固有的應用領域愈發顯出優勢。

但TI等DSP公司也在強化其DSP的優勢。不久前，TI多核DSP業務部全球業務經理Ramesh Kumar向我們介紹了去年底推出的基于KeyStone多內核構架的C667x。稱通過增加多內核導航器以及協處理器，可最大限度提高片上數據流的吞吐量。現在每個單核可以達到40個GMACs的層加能力，每個內核也可以達到20GLOp運算能力。

Ramesh稱，DSP技術本身有諸多好處，包括很高的處理性能，并且在低功耗方面，考慮到動態電源監測、動態電源管理。因此通過667x系列，TI非常有信心與DSP對手、其他處理器架構或FPGA競爭。例如。FPGA本身是通用型陣列，其所做的所謂浮點是在陣列里嵌入DSP一個小的IP單元。絕對不是能真正自由地處理浮點運算的處理器架構，可能只有18×18的一個乘加(MAC)能力，現在相對一半都不到。因此。TI并不認為FPGA公司所宣稱的浮點工藝非常領先，并且DsP在功耗、成本上擁有優勢。例如，市面上與TMS320C667x性能相當的FPGA通常幾百美元一塊：在功耗方面，TI只要10w左右，而同樣洼能的FPGA通常要20～40W。

筆者注意到一個細節，Ramesh多次提到c667x高精度地定位于關鍵任務應用，包括無線基站、測試、醫療影像、智能電網或高性能處理等。這些領域通常有DSP，也有FPGA的解決方案。“但關鍵應用往往由DSP組成。”Ramesh稱。事實上，在很多領域，出現了DSP+FPGA或嵌入式處理器+FPGA的搭配，在通信基站領域，有TI+Xilinx組合：高性能計算領域，也出現了Intel+Ahera搭檔等。

DSP通常歸為ASSP(專用標準產品)，而FPGA屬于PLD(可編程邏輯器件)類。從字面上就可以看出FPGA服務更廣闊的領域，DSP相對來說在一些利基(niche)的專用領域擁有無可替代的優勢。在一些長尾領域，FPGA和DSP就要認真較量了。

那么，FPGA企業又是如何看待DSP，并尋找自己的機會呢?

Altera高端FPGA產品部產品市場高級總監David Greenfield稱，多核DSP主要針對一些特定市場應用。多核DSP實現是基于軟件，在其架構基礎上基于軟件創新。而FPGA主要是硬件創新，FPGA中也會有一些浮點運算。FPGA過去主要是軍事領域應用，現在已經拓展到通信、廣播領域，比如無線基站等應用。筆者分析David的講話認為，之所以過去FPGA應用于軍事領域，是因為FPGA的突出優點是靈活性大，但也存在功耗大、價格高的短板，在不太在乎花錢的軍事、通信基礎設施領域會首先鋪開。隨著FPGA的功耗和價格逐步下降，也在向中低端應用市場延伸，并打入一些利潤豐厚的專用領域，如通信(基站、收發器)和視頻處理等。

據悉，Xilinx近年推出了目標設計平臺(TDP)，并且在未來28nm制程時，把原來高低二大產品線(Virtex和spartan)擴展為高中低三線(Virtex、Kintex和Artix)。這些舉措使其FPGA進一步適合專用領域。

也許讀到此，讀者還是找不到北，那么讓我們以Altera的David的話來參透此現象吧：“……很多概念更像是哲學取向?！珓訖C很簡單：我們在決定每一新產品時，基本上是看推出這種產品是不是可以為我們帶來最大好處。”