从MCU到FPGA:第3部分

当我开始这个项目的时候，我已经了解到FPGA的好处在于它可以将多种功能集成到单一的芯片中，并可以通过重配置而修改芯片功能。但是这种灵活性也让我想知道：我应该如何处理FPGA与外部组件的接口以及接口连线等问题呢？由于FPGA的平均设计周期为两到三年，并且考虑到诸如USB 3.0到USB Type-C等通信技术的更新换代，我很难理解FPGA如何才能真正地带来好处。

和处理大多数MCU项目时一样，我打算从示例代码开始，然后通过各种示例搭建自己的项目。但是对于每一个例子，我发现越来越不熟悉，并且结果也越来越混乱。在这里代码被用来定义对象和调用函数，这在MCU里倒是很常见，但是有些定义是在高阶函数里进行的，而其他的则是在另一个地方。像往常一样，这些函数被用来执行一个功能或任务，但有一些函数要依赖于其他函数而另一些函数则是独立的。正如我试图对它们发表评论时所发现的那样，那些没有被直接调用的代码仍然是代码功能的关键。

我很迷糊。

我决定在YouTube上搜索“Intel FPGA Setup Cyclone V”来寻找示例和“Setup＆Go”培训。当我浏览这些内容时，我发现一个共同的主题（图1）：

l   看似不连贯的一组命令仍然有效，但似乎并不完整。

l   缺乏不支持FPGA的外部模块或组件。

有了这些观察，我回顾了更多设计样本和代码，并发现了英特尔Cyclone V和HPS FPGA架构显著的优势。图1显示了HDMI命令集，其中包括一系列未被调用的代码。它们不是按顺序运行的，而是并行运行的。它们的功能很像回调函数，在HPS中如果有来自较高级别控制器的数据调用时，这些回调函数就会被激活。然后编译器就会提高向MCU传递信息的能力，反之亦然。在这两者之间需要做的就是协调定义和时间安排。

图1：HDMI命令集，其中包括一系列未被调用的代码。

项目流程如下所示：

1.     Linux HPS抓取图像。

2.     Linux将OpenCV处理过程移交给FPGA。

3.     Linux调整图像。

4.     FPGA接收原始图像信息，并将其编码为HDMI接口。

这是使用HPS和FPGA的完美示例。FPGA能够处理大量重复的运算并实现协议，而Linux和MCU则处理了程序的动态元素。这让我看到了FPGA的优势。

当我深入研究仅含有MCU的设计时，我发现了FPGA的其他优点：它需要很少的元件，而且可以使成本更低，性能更好的MCU获得非常好的效果。例如，仅含MCU的设计将需要更高的A52等条件来进行图像处理，此外还需要一个GPU来进行图形加速处理和更多的RAM来完成整个设计。设计完成后，最终结果仍然是一个锁定的，有限的可升级模块。有了FPGA，这些组件便可以被引入同一个芯片，所以产品级PCB设计更为简单，因为它需要较少的的组件接口，而且由此产生的模块仍然可以升级或优化。

我头顶上的灯泡在几英里外都可能被看到。

将多功能集成到单个电路上，减少接口数量，或者根据线路修改功能等这些都是FPGA的优势，但它的好处远不止这些。FPGA改变了我为了高效完成任务而增加外部组件的方式：不是“按顺序执行步骤1，步骤2，步骤3”，现在我正在考虑这样完成任务：“执行步骤A,B,C，并且当执行完B之后，就执行D”。现在，为什么要花时间来研究MCU到FPGA开发转换的原因也已变得越来越明晰了。

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