一、關(guān)于SoC

概念：SoC(System On Chip)為片上系統(tǒng)或系統(tǒng)級(jí)芯片，就是在單一芯片上集成很多存儲(chǔ)單元、功能模塊等，且都由一個(gè)中央控制單元通過總線來控制它們的工作。

優(yōu)勢(shì)：低功耗、高性能、高集成、高帶寬。

二、關(guān)于SOPC

1.概念

片上可編程系統(tǒng)（System On a Programmable Chip），將處理器、存儲(chǔ)單元及各種功能模塊等集成到一片FPGA中，且采用FPGA的通用邏輯資源和存儲(chǔ)單元來搭建軟核CPU。

簡(jiǎn)言之，SOPC就是軟核處理器+FPGA，并用Avalon總線來通信。

2.優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：由于處理器是由FPGA的通用邏輯資源搭建，因此此CPU可裁剪可定制，還可添加多個(gè)CPU，搭建多核系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多核CPU協(xié)調(diào)工作；可靈活為CPU增添外設(shè)（UART，SPI，IIC 等）；

缺點(diǎn)：由于處理器是由FPGA的通用邏輯資源搭建，因此占用更多資源，另外其運(yùn)行的最高時(shí)鐘主頻也更低一些（最高160/170MHz），所以SOPC方案僅適用于對(duì)處理器整體性能要求不高的應(yīng)用，通用性不強(qiáng)。

三、關(guān)于SoC FPGA（Intel Cyclone V SoC FPGA)

1.概念

SOC FPGA高集成度芯片是在同一個(gè)芯片上集成FPGA和HPS（Hardware Processor System）系統(tǒng)。
Intel Cyclone V SoC FPGA ：就是在單一芯片上集成了雙核的 ARM Cortex-A9 處理器和FPGA的新型 SoC 芯片，主頻可達(dá)到925MHz，同時(shí)擁有ARM和FPGA的優(yōu)勢(shì)。簡(jiǎn)言之，SoC FPGA是硬核處理器+FPGA，用高達(dá) 128 位數(shù)據(jù)位寬的 AXI 高速總線進(jìn)行通信。

2.優(yōu)勢(shì)

既擁有ARM 硬核處理器實(shí)現(xiàn)靈活控制、圖形界面顯示和網(wǎng)絡(luò)傳輸、能運(yùn)行成熟的 Linux 操作系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，又擁有 FPGA 的高速并行處理和可靈活定制、IO單元豐富的優(yōu)勢(shì)；

FPGA和ARM之間采用片上高速互聯(lián)結(jié)構(gòu)，總線可配置（128位/64位/32位），另外使用時(shí)可以將 FPGA 上的通用邏輯資源經(jīng)過配置，映射為 ARM 處理器的一個(gè)或多個(gè)具有特定功能的外設(shè)；

SoC FPGA的HPS 部分可運(yùn)行成熟的 Linux 操作系統(tǒng)，提供統(tǒng)一的系統(tǒng) API，降低開發(fā)者的軟件開發(fā)難度。工作的時(shí)鐘頻率高，因此可單位時(shí)間內(nèi)能夠執(zhí)行更多的指令。

3.常見應(yīng)用場(chǎng)景

視頻監(jiān)控（高清視頻分析）、高級(jí)輔助駕駛（視頻處理分析、通信）、國(guó)防航空航天（夜視、保密通信）、廣播（視覺、專業(yè)音頻、PCIe采集）

四、SoC FPGA 和 獨(dú)立的FPGA系統(tǒng) 對(duì)比

FPGA實(shí)現(xiàn)的是硬件邏輯功能，有著高速并行處理數(shù)據(jù)、豐富IO單元和功能復(fù)用的優(yōu)勢(shì)，但是也因?yàn)檫壿嬰娐返墓δ芄潭ǎ援?dāng)需要用到靈活的控制和復(fù)雜的協(xié)議通信的時(shí)候，F(xiàn)PGA不占優(yōu)勢(shì)，而SoC FPGA則將FPGA和ARM的優(yōu)勢(shì)集合在了一起。

五、SoC FPGA和傳統(tǒng)的處理器 + FPGA架構(gòu)對(duì)比

傳統(tǒng)處理器（英特爾X86架構(gòu)CPU、Cortex-M系統(tǒng)單片機(jī)等）+FPGA架構(gòu)中因?yàn)槭褂昧霜?dú)立的器件，所以電路板的設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，另外在用單片機(jī)與FPGA通信的時(shí)候，速率也因?yàn)橛布娐钒寤蛘吒呶粚挷⑿锌偩€間的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)情況等而受到限制。而SoC FPGA采用片上集成的方式，且ARM和FPGA之間的高速互聯(lián)橋也能打破帶寬和通信速率的限制，另外處理器、外設(shè)存儲(chǔ)單元可定制，因此也突破了硬件上的限制。

六、SoC FPGA 和 SOPC 對(duì)比

同：SoC FPGA 和 SOPC 都是由FPGA和處理器組成。

異：SoC FPGA 采用的是硬核處理器（ARM，性能更高），SOPC 采用的是軟核處理器（NIOS II）。其中SoC FPGA中的ARM和FPGA是相互獨(dú)立的，供電電源相互獨(dú)立，因此一方斷電，另一方仍可以正常工作，但是如果設(shè)計(jì)中不用ARM部分，那么ARM部分占用的芯片資源也是不能被釋放的，因此就可以作為通用的FPGA資源。而SOPC的處理器由FPGA通用資源搭建，所以當(dāng)不用CPU的時(shí)候，資源可釋放，全部的資源均可當(dāng)作FPGA資源來使用。

七、SoC FPGA 的總結(jié)

SoC FPGA 器件發(fā)揮了FPGA的可編程優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)獨(dú)有的硬件加速和協(xié)處理器邏輯，進(jìn)而與與ARM處理器協(xié)同工作，突破硬件功能的限制，實(shí)現(xiàn)定制化的片上系統(tǒng)，因此ARM+FPGA 集成架構(gòu)的芯片有更大的市場(chǎng)和應(yīng)用前景。