桌面/ 服务器 计算市场主要是围绕x86架构，大多数创新和差异都在系统级，如双核、四核或多核中央处理架构、集成图像处理器单元和 存储 器控制器等等。同样，嵌入式系统则主要围绕简单的32位RISC处理器，多核架构、集成外设以及可配置处理等系统级发展，使得设计人员能够快速适应不断变化的应用要求。
根据iSuppli的研究报告，2007年32位微控制器(MCU)市场将超过8位MCU市场。如图1所示，32位MCU市场的增长速度超过了半导体市场其它部分的增长速度，而8位MCU市场的份额过去几年时间里则有所下降。
这一趋势的主要推动力是嵌入式系统中软件内容和复杂性的不断增加，因此直接产生的后果是需要更宽的存储器总线(32位)来满足软件程序所使用的代码和数据要求。与传统微处理器不同，32位处理器不需要分段等存储器管理技巧就可以处理更大的存储器空间，因此使编程更容易。8位MCU必须采用难学难用的汇编语言来满足小存储器空间限制(少于32K字节)，而许多32位嵌入式应用则可以利用C/ C++ 来编程，从而提高了嵌入式软件开发人员生产力。更为重要的是，越来越多的操作系统(实时和非实时)都提供现成的驱动程序和软件库，从而使软件开发人员能够集中于应用本身的开发。
集成降低成本
在摩尔定律的指引下，越来越细的硅工艺线宽使得32位嵌入式解决方案的成本不断降低，从而可以满足更多的应用对价格的要求。此外，集成外设和片上存储器进一步降低了元器件和总体材料清单成本。通过集成针对手机和游戏机等垂直应用而优化的外设，许多器件的价格大大降低，直接推动了市场增长。
价格压力还导致只能在这些系统中集成一组固定的外设，因此通常的外设组合是面向大批量应用的。然而，不可能有适用于所有应用的万能器件，因此许多小批量、中等规模甚至大批量应用都无法直接利用成品集成解决方案。其结果是设计人员必须采用额外的芯片来扩展外设、分流处理器的负担，或增加胶合逻辑。这也是可配置处理解决方案产生的原因。
可配置32位处理
根据Gartner Dataquest的报告，如图2所示，基于FPGA嵌入式处理方案的应用正在增长，到2010年，约40%的FPGA设计将包括嵌入式处理器。因为能够定制满足特定应用或产品的要求，嵌入系统设计人员正在越来越多地采用基于FPGA的可配置处理解决方案。这一方法的主要优点是可通过集成降低成本，同时还可实现产品在市场上的差异化。
通过选择同一FPGA系列中的不同器件，或者将设计重新适配到新的FPGA器件中，能够针对更高性能、更低成本、或者不同的I/O标准进行个性设计。这样可以降低设计过时的风险，从而保证设计是未来可用的。对于必须有长使用寿命的产品(如汽车或工业应用)，这是特别关键的一个因素。
图1：32位MCU市场的增长速度超过了其它类型的MCU的增长速度
图2：基于FPGA嵌入式处理方案的应用正在增长
可配置处理系统的配置(或定制)的层面包括：
处理器配置
1. 乘法器、除法器、浮点单元以及其它。
2. 指令或数据缓冲配置。
3. 协处理器或硬件加速器。
系统配置
1. I/O外设选择、定制、DMA选择。
2. 存储器外设选择、定制。
应用配置
1. RTOS选择、定制。
2. 应用库/中间件定制。
许多产品都包括需要某种形式网络或通信接口的嵌入式系统。由于以太网成本低、几乎无处不在，并且可以利用TCP/IP等 互联网 协议 连接 互联网 ，因此以太网是目前在嵌入式产品中应用最广泛的网络接口之一。根据目标应用的不同，网络子系统的要求变化也相当大。简单的远程控制和监控应用只需要每秒数千比特的传输能力，而高端存储或视频应用则需要持续的千兆比特级的吞吐能力。
为简单起见，我们将使用TCP载荷吞吐能力做为性能比较的主要指标。表1列出了一些典型应用以及相应的TCP/IP载荷吞吐能力要求。
表一：不同应用的网络吞吐量要求
可配置的嵌入式网络
基于FPGA的处理解决方案提供的强大灵活性允许您根据需要开启或禁止处理器、IP内核以及软件平台的高级功能，并且可以对许多独立参数进行精细调整，直到在软件一级满足应用的要求。此外，利用建模工具可以识别任何性能关键的软件功能并将其分流至适当的硬件加速器或协处理器来完成。
让我们来分别看一下可利用IP内核满足典型应用性能要求的三种以太网子系统的例子。每种设计具有不同的系统架构:包括处理器配置、以太网MAC IP配置以及存储器接口。此外，这些例子还突出了可与这些硬件子系统配合使用的不同TCP/IP软件 协议 栈。由于硬件构建模块和软件层都是可定制的，因此您可以根据应用的需要对这些系统进行增减。
简化以太网子系统
对于远程监视或控制应用中所需要的简单网络接口来说，如图3所示的最小化网络子系统就足够了。在此类应用中，TCP/IP性能要求较低(<1Mbps)，因此LwIP(简化版互联网 协议 栈)这样的小TCP/IP协议栈(不需要RTOS实时操作系统)就足够了。
图3：规模最小的以太网系统
这可以使用不间断的以太网Lite IP在简单的查询模式下实现。全部软件，包括简单的应用层，可全部存储在FPGA中的本地存储器中。如图3中所示，其它需要的I/O接口，RS-232 UART和GPIO，可以增加到基本子系统中。
图4：典型的10/100以太网系统架构
通过对图3中的最小系统做一定的修改，可以实现更高TCP/IP吞吐能力(10-50Mbps)，并转向如图4所示的更为典型的10/100以太网解决方案。主要的变化有：
1. 为以太网MAC增加直接存储器访问(DMA)引擎，实现中断驱动；
2. 为系统增加外部存储器，为处理器增加缓存；
3. 更复杂的TCP/IP栈，如Linux(C linux )系统TCP/IP协议栈。
对于需要100Mbps以上TCP/IP吞吐能力的应用，可以考虑硬IP或软IP内核方式提供的三模式以太网MAC(图5)。为获得高端应用所需要的500Mbps以上的吞吐能力，需要像分散/汇聚DMA(SGDMA)等高级DMA技术，以及包括数据重排引擎(DRE)和校验和卸载(CSO)等FPGA硬件加速器技术。
本文关键字：处理器 DSP/FPGA技术，单片机-工控设备 - DSP/FPGA技术
