2012年12月13日，Altera聯(lián)合ARM召開發(fā)布會(huì)，共同宣布發(fā)售其首款28nm FPGA SoC器件，包含雙核ARM Cortex-A9 800MHz處理器，此時(shí)，賽靈思的類似產(chǎn)品Zynq已經(jīng)發(fā)售一年有余。

客觀來(lái)說(shuō)，Altera的SoC產(chǎn)品進(jìn)展比賽靈思緩慢許多，2010年，賽靈思就放出了與ARM合作開發(fā)下一代SoC器件的消息，而與之對(duì)應(yīng)的Altera只是公布了與MIPS的合作藍(lán)圖，又聯(lián)合Intel宣布X86與FPGA的融合技術(shù)，直到2011年年中，Altera與ARM的合作計(jì)劃才姍姍來(lái)遲。

實(shí)際上，Altera已經(jīng)意識(shí)到產(chǎn)品問世時(shí)間落后于賽靈思，為了彌補(bǔ)這一時(shí)間窗口，Altera于2011年10月發(fā)布了SoC虛擬目標(biāo)軟件設(shè)計(jì)工具，支持客戶在獲得硬件之前便能夠開始開發(fā)其應(yīng)用軟件。據(jù)Altera官方稱：“很多Altera客戶已經(jīng)采用了SoC虛擬目標(biāo)工具，他們現(xiàn)在可以將其應(yīng)用軟件導(dǎo)入到SoC FPGA中，節(jié)省了數(shù)月的開發(fā)時(shí)間。”

正因?yàn)榇?，Altera的SoC產(chǎn)品才不至于被對(duì)手遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩掉。不過(guò)現(xiàn)在，Altera的SoC FPGA已經(jīng)發(fā)售了，如何繼續(xù)追趕并超越賽靈思呢?

在Altera宣布正式發(fā)售其首款28 nm SoC器件之前，公司國(guó)際市場(chǎng)部總監(jiān)李儉曾拜訪過(guò)一位國(guó)內(nèi)工業(yè)控制的客戶進(jìn)行前期調(diào)研，他們正在用市場(chǎng)上已售的FPGA SoC芯片做開發(fā)，不過(guò)李儉聽到了讓他又悲又喜的反饋，悲的是該客戶現(xiàn)有的芯片已經(jīng)很不錯(cuò)了，獨(dú)特的架構(gòu)非常適合于他們，因此Altera的產(chǎn)品也類似的話，他們就不會(huì)再考慮更換供應(yīng)商，但同時(shí)，該客戶表示盡管已售產(chǎn)品性能優(yōu)越，但開發(fā)過(guò)程卻十分痛苦，這個(gè)觀點(diǎn)讓李儉非常興奮，因?yàn)樗乐挥羞@樣，他們即將推出的產(chǎn)品才有可能獲得市場(chǎng)的認(rèn)可。

軟硬件協(xié)同的重要性

該客戶稱，系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試會(huì)花費(fèi)60%至70%的時(shí)間，對(duì)于FPGA SoC來(lái)說(shuō)，盡管硬件和軟件高度自由化，但如何將二者無(wú)縫銜接，是件非常困難的事情。“每次硬件的變化，都必須手工去和CPU做升級(jí)，只要犯一點(diǎn)錯(cuò)誤整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)崩潰，除非我們能做到自適應(yīng)的調(diào)整。”該客戶稱。

李儉分析道：“傳統(tǒng)的ARM芯片里面的接口、硬件加速器、內(nèi)存映射、比特定義等都是固定的，只有CPU具有高度靈活性。但到了FPGA中，什么都是變化的，也就注定了CPU不可能用固定的方式與之適應(yīng)，所以利用FPGA開發(fā)出的硬件可能會(huì)與軟件與CPU沖突。這就造成了客戶的困擾。”

與李儉同去的Altera產(chǎn)品總監(jiān)表示，Altera的新工具與設(shè)計(jì)流程，可以解決軟硬件協(xié)同的難題，客戶當(dāng)場(chǎng)就表示，如果真有你這種東西，我一定會(huì)選擇你們。“為什么客戶愿意放棄一年多的努力而選用我們的平臺(tái)?這就要求我們必須能給客戶一個(gè)完全不一樣的東西，給客戶一個(gè)真正適合SoC開發(fā)的調(diào)試工具。”

不一樣的調(diào)試工具

Altera的SoC開發(fā)調(diào)試工具有什么不同呢?

在一年多以前，Altera與ARM合作時(shí)，就開始開發(fā)基于FPGA的DS-5可視化開發(fā)工具，現(xiàn)在，業(yè)界首款FPGA自適應(yīng)嵌入式軟件工具包已經(jīng)上市，有了該工具，像上述的工控客戶，就可以不必遭受軟硬件協(xié)同調(diào)試帶來(lái)的痛苦。

李儉介紹道，此前調(diào)試ARM只能用專用的DSTREAM，而FPGA也需要專門的調(diào)試工具，Altera的新方案則是基于其USB Blaster，一個(gè)工具可以同時(shí)調(diào)試FPGA與ARM，“這樣做真正去除了CPU和FPGA直接的調(diào)試壁壘，由于我們和ARM之前有特殊的OEM協(xié)議，因此才有了這種創(chuàng)新的產(chǎn)品。”

李儉解釋道，Altera在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中使用了ARM CoreSight的一些規(guī)范，使FPGA可以和DS-5之間進(jìn)行信息的交互與處理，支持FPGA信號(hào)事件、軟件時(shí)間以及CPU指令跟蹤相關(guān)聯(lián)。而使用CoreSight之后，不光是ARM CPU，其他與CoreSight兼容的IP核都可以使用DS-5進(jìn)行調(diào)試。

同時(shí)，該工具提供了交叉功能，CPU和FPGA之間都可以設(shè)置觸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)跨域的硬件軟件協(xié)同調(diào)試。

FPGA的自適應(yīng)與統(tǒng)一調(diào)試方框圖

2013年初，995美元的Altera SoC嵌入式設(shè)計(jì)套裝會(huì)供貨，而2013年4月，1495美元的Altera Cyclone V SoC則會(huì)推向市場(chǎng)。

盡管在SoC硬件開發(fā)上落后于賽靈思，但Altera同時(shí)也可以看到客戶面臨的挑戰(zhàn)與困惑，從軟件開發(fā)入手，換種方式參與到市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中，也完全可以在市場(chǎng)中占有一席之地。Altera公司產(chǎn)品和企業(yè)市場(chǎng)副總裁Vince Hu評(píng)論稱：“現(xiàn)在，確定使用Altera SoC 的客 戶數(shù)量已經(jīng)超出了我們的預(yù)期。”

此外，在硬件方面，Altera也有了相當(dāng)多的升級(jí)，包括32位ECC內(nèi)存保護(hù)、128bit內(nèi)部總線，靈活的啟動(dòng)型以及內(nèi)置存儲(chǔ)器的雙重保護(hù)功能等。

在未來(lái)規(guī)劃方面，李儉表示Altera 20nm制程時(shí)將會(huì)采用性能更好的1.5GHz雙核ARM，此前，賽靈思曾透露其20nm制程時(shí)將會(huì)采用下一代ARM架構(gòu)，但具體方案尚未公布。

ARM+FPGA的未來(lái)?

鑒于此次事件標(biāo)志著ARM在FPGA領(lǐng)域的重要突破，ARM中國(guó)區(qū)銷售總監(jiān)劉潤(rùn)國(guó)親臨發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，而此前賽靈思的發(fā)布會(huì)也邀請(qǐng)到了ARM中國(guó)區(qū)總裁吳雄昂。ARM參與這兩次重要的發(fā)布會(huì)，足以證明其對(duì)于FPGA所代表的高端領(lǐng)域的期望，畢竟相對(duì)于傳統(tǒng)SoC，F(xiàn)PGA產(chǎn)品更高端化，而通過(guò)與FPGA廠商的合作，標(biāo)志著ARM進(jìn)入了全新的市場(chǎng)。劉潤(rùn)國(guó)表示：“FPGA內(nèi)部集成硬核并不是件新鮮事，此前的PowerPC是最典型的代表，而今ARM能夠走進(jìn)FPGA，證明ARM不光是在功耗上領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，我們?cè)诟叨说漠a(chǎn)品領(lǐng)域同樣可以表現(xiàn)的非常出色。”

談到越來(lái)越多的FPGA廠商攜手ARM進(jìn)軍嵌入式SoC市場(chǎng)，劉潤(rùn)國(guó)認(rèn)為根本的原因來(lái)自市場(chǎng)的交叉需求，一方面是Altera等FPGA市場(chǎng)面對(duì)的客戶的需求，另外一方面則是來(lái)自以ARM為代表的SoC市場(chǎng)的需求。

盡管FPGA SoC的好處不言而喻，但李儉同時(shí)表示，未來(lái)FPGA SoC還會(huì)面臨一些挑戰(zhàn)，“這主要來(lái)自兩方面，第一點(diǎn)是客戶使用習(xí)慣的問題，畢竟沒有FPGA開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的人上手會(huì)很困難，但我們通過(guò)開發(fā)諸如基于FPGA的DS-5等軟件，可以讓客戶更容易的進(jìn)行FPGA開發(fā)工作。第二點(diǎn)則是切換成本的問題，只有那些把眼光放在長(zhǎng)處的企業(yè)，才會(huì)有可能考慮通過(guò)長(zhǎng)期效應(yīng)來(lái)覆蓋短期切換平臺(tái)成本的損失。”李儉說(shuō)道。