軟核和硬核
內嵌處理器硬核的FPGA，即SoC FPGA，是在芯片設計之初，就在內部的硬件電路上添加了硬核處理器，是純硬件實現(xiàn)的，不會消耗FPGA的邏輯資源，硬核處理器和FPGA邏輯在一定程度上是相互獨立的，簡單的說，就是SoC FPGA就是把一塊ARM處理器和一塊FPGA芯片封裝成了一個芯片。
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1.Xilinx的ZYNQ-7000系列
Xilinx發(fā)明的FPGA顛覆了半導體世界，創(chuàng)立了Fabless（無晶圓廠）的半導體模式。Zynq?-7000 系列集成了 ARM Cortex-A9 處理器，同時具有ARM軟件的可編程性和FPGA 的硬件可編程性，不僅可實現(xiàn)重要分析與硬件加速，同時還在單個器件上高度集成 CPU、DSP、ASSP 以及混合信號功能。
ZYNQ芯片內部框圖
準確的說，ZYNQ并不能說是一個嵌入式ARM硬核的FPGA，官方對其稱呼是可擴展處理平臺。Zynq-7000可擴展處理平臺是采用賽靈思新一代FPGA（Artix-7與Kintex-7FPGA）所采用的同一28nm可編程技術的最新產品系列?？删幊踢壿嬁捎捎脩襞渲?，并通過“互連”模塊連接在一起，這樣可以提供用戶自定義的任意邏輯功能，從而擴展處理系統(tǒng)的性能及功能。
ZYNQ芯片資源主要分為兩個部分：PL和PS，PL即可編程邏輯部分，指的是FPGA部分。PS即可編程系統(tǒng)部分，指的是ARM處理器部分，兩者之間可以通過總線進行通信。對于一個不熟悉FPGA的嵌入式軟件工程師來說，完全可以把它當做ARM MPU來使用，使用例程中搭建好的硬件環(huán)境，在SDK中開發(fā)。如果在進行軟件調試時，發(fā)現(xiàn)某些算法太慢，速度上不去，可以用FPGA的邏輯部分把這部分進行優(yōu)化，一般情況下快個一二十倍是沒問題的。從FPGA邏輯部分到ARM軟件開發(fā)，可以完全在Xilinx自家的開發(fā)環(huán)境里切換。
PYNQ系列是ZYNQ的升級版，簡單的理解就是：Python + ZYNQ的意思。至于Python是如何控制硬件的，
有了Python的加持，可以非常方便的進行FPGA開發(fā)，可以充分利用Python的靈活性和FPGA的硬件資源，可以簡化圖像處理和人工智能的算法設計。
2.Altera的Cyclone V系列
2015年12月，Intel斥資167億美元收購了Altera公司 。作為FPGA市場的二把手，既然Xilinx推出了ZYNQ，那Altera也得跟上老大的腳步啊！相比于Xilinx的SoC FPGA系列，Altera的內嵌ARM硬核的FPGA系列就比較多了，這里我整理了一個表格：
Altera? Arria? V GT FPGA開發(fā)套件，官方售價$3,995
整體來看，可能是ZYNQ的生態(tài)做得比較好，ZYNQ還是挺多資料的，而Altera的SoC FPGA資料不是很多。
3.Microsemi的SmartFusion系列
FPGA領域，大家比較熟知的就是以上兩個廠商了，不過以上兩家主流的FPGA都是基于SRAM工藝的，即芯片外部需要搭配一片SPI Flash用于存儲程序，這樣就會有一個問題，如果只是進行程序下載而沒有進行程序固化，就會導致掉電數(shù)據(jù)丟失的問題，而且由于讀寫外部器件需要時間，所以上電不能立刻啟動。而Microsemi的FPGA都是基于Flash結構的，即芯片內部有Flash可以用于程序存儲，不用區(qū)分程序下載和程序固化，掉電數(shù)據(jù)不會丟失，上電立刻啟動。Microsemi的主要市場在醫(yī)療機構、軍工航空、汽車和工業(yè)控制領域。
Microsemi大家可能不太熟悉，說到Microsemi，我們不得不提一下它的歷史，最開始Microsemi 是做功率電子器件的，Actel是做基于Flash結構FPGA芯片的，2010年，Microsemi收購了Actel，2018年，Microchip又收購了Microsemi，所以現(xiàn)在的第三大FPGA廠商應該是MicroChip。
2019 FPGA市場份額占有率 | 數(shù)據(jù)來源：MRFR
相比于Xilinx和Altra的FPGA內嵌的ARM Cortex-A系列MPU處理器，Microsemi的FPGA就顯得比較LOW了，基于130nm工藝，主要有兩個系列SmartFusion和SmartFusion 2，即一代和二代，都是內嵌的ARM Cortex-M3硬核，和STM32內嵌的是同一個內核，外設也都是比較常用的，如UART、SPI、IIC、EPROM、RTC等等。所以這個芯片的使用對于有單片機基礎的朋友來說，比較容易上手。FPGA部分和ARM部分相互獨立，可以通過APB總線來進行數(shù)據(jù)交換。ARM開發(fā)工具可選擇Keil、IAR等常用MCU開發(fā)環(huán)境。
SmartFusion第一代FPGA內部框圖
總結
可能是Xilinx ZYNQ的生態(tài)做得比較好，網絡上的工具、文檔資料、社區(qū)支持、相關書籍支持都很到位，而Altera的資料就不那么好找了。
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