我看FPGA现在难以取代FPGA+DSP的架构，这段时间的思索总结

zhj1985

我看FPGA现在难以取代FPGA+DSP的架构，这段时间的思索总结 [复制链接]

FPGA现在越做越大了，有些公司如Xilinx推出的FPGA都内嵌了DSP核，很多人都在讨论说FPGA会取代现在主流的复杂数字信号处理系统的架构：FPGA+DSP了，SOC片上系统的时代真的要来了，我也对这个概念很憧憬，但经过一段时间的调研后，觉得现在还不成熟，理由有三：

1 一些复杂的算法，如视频监控，小目标的提取等，用Verilog开发FPGA算法的复杂性远远超过C开发，有很多对于C来说很简单的事，如浮点乘法，但对于FPGA来说很难。

2 素材，基于复杂算法的代码范例的缺乏
现在许多成熟的算法都是基于C语言的，你能找到很多教材关于基于C语言的数字图像处理，但你几乎看不到一本书是基于FPGA的数字图像处理，当然有很多基于FPGA的数字信号处理的教材。这也正是现在FPGA主要的功能，作为协处理器处理大量的底层数据。但是要跑一些算法，肯定还是用DSP编写C算法来地容易。


3 现在FPGA是有内嵌的内核，但它的速度比不上DSP芯片的速度。嵌在FPGA芯片里的内核肯定不如单片DSP内核的速度。

4 复用IP内核的概念一直很热。但我觉得IP核涉及的范围很窄，只会有那些特别通用的算法，如FFT等。更重要的是每个人的需求都是不一样的，算法都是不一样的，很难有其他通用IP。而且如果对频率要求很高的话，那么还需要加时序约束，位置约束，但每块板子，每块芯片都是不一样的，这个很有难度。而且IP核是不是实际好用，很成问题。

5 FPGA架构比FPGA+DSP架构的明显优势，除了简化板级设计外，我觉得其他也比较难说。关键是现在FPGA+DSP的架构非常灵活高效，没有被单片FPGA取代的必要。

总之，就我看到现在的论文或工程实例，几乎没看到有单片FPGA处理复杂算法的成功范例，如视频监控(不止是显示图像，还包括目标识别等功能的)。当然，FPGA毕竟是灵活，尤其适合软硬件协同开发。

很想多听听大家对这个问题的看法意见，或谈谈有没有必要或优势把FPGA+DSP替代成单片FPGA。这个问题我一直在想。

zhj1985

大家讨论讨论丫

Sea_eeworld

在某些场合，FPGA+DSP集合成单片FPGA，这个是有必要的，但有些场合是不行的！
比如对我DSP速度、算法要求比较高的，以目前的技术，我觉得是不能集合到一起的（但将来可能做到），但对于DSP要求不高的，为了节省成本和体积及系统升级性考虑，十分有必要集合成单片FPGA的！
因此，集合成单片、不集合成单片，要从多方面考虑，成本，体积，功耗，可靠性，稳定性，系统升级性等，其实FPGA公司可能比我们想得更多，所以他们生产出多种FPGA，以适合不同的场合！

wenhuawu

读了楼主的文章，写得很好，相信楼主是结合了自己的实际经验与深入思考后写出的上文，大多数方面本人还是比较赞同，以下提出自己的几点观点：
一、在成熟度方面FPGA确实不如DSP，我们也看到FPGA是最近几年才走上高速发展之路的，在开发环境，开发工具，开发经验积累方面都不如DSP，当然再加上HDL语言在复杂算法实现上远远不如C语言方便。但是FPGA厂商也看到了这个问题，所以出现了SOPC，SOPC比DSP具有更大的灵活性，可以跑系统，可以灵活分配引脚，更重要的是可以搭多核平台！但现在缺点是速度却提不高，这可能与他的架构实现方式有关系吧，所以未来他的速度提高是一个很重要的看点。
二、现在的FPGA积成的DSP也只是一些简单的数据处理模块，什么时候也能像DSP那样积成复杂算法的专业模块，如桶形移位寄存器等，那时候才能叫做真正意义上的FPGA积成DSP了。相信那个时候速度肯定会提升上去的。
三、综合我自己的观点，我觉得用HDL语言来编写一个大型系统太难了，速度高的话，调试更是一个恼火的问题，所以从一个开发工程师的角度看，肯定希望他们以后把SOPC平台功能增强，开发平台再友好点，那我觉得FPGA代替DSP也不是不可能的事情。所以未来难定，还要看FPGA与DSP各出新招。

zhj1985

非常感谢大家的回复，真的让我懂了许多。一开始考虑这个问题的时候对问题的认识非常肤浅，就是想自己的项目究竟是用一片FPGA还是FPGA+DSP的架构，用一片FPGA能不能做？如果用FPGA,那么以前在DSP内跑的程序怎么办

现在想想当初提这个问题时真的是对很多问题的认识不够。现在觉得有一点是最重要的，哪种硬件体系架构更合适，是由算法的架构决定的。所以，脱离算法的硬件讨论是空洞的，没有意义的。硬件是用来支持算法的。

考虑这个问题以后，查了不少资料，看了不少文章，有一篇这么说“业内做算法的职业团队，不论目标是DSP和FPGA实现，都会有一组人根据架构设计的结果，做基于架构设计的标准模型(称为Golden模型，有可能用C，也可能用Matlab)，而最终不论DSP还是FPGA的实现结果，都必须与Golden模型比较才能有资格说我实现的水平怎么样。那些教科书里的代码，目的并不是为了高效实现产品，而是演示算法本身效果，不会考虑实现效率和结构优化，因此根本不是在算法实现中可用的Golden模型。”

这一段话让我觉得自身知识结构的不足。这还和我们的教育背景有关，我本人现在是研二，本科包括现在都是电子专业的，受到的教育都是基于串行思想的C代码。无论是基于PC机的也好，就算是单片机，MATLAB，DSP，其实都是类似的。上课讲的东西也都是为了演示算法的。而诸如什么架构设计，算法设计等等，真的是不了解。现在我想请教大家以下几个问题。

1 信号处理本身是并行的过程，我现在也想用并行的思想方法来设计自己的算法。但我们本身接受的教育是基于串行的，我想问问有没有关于怎样设计并行算法的系统的资料。也许有关于并行处理的教科书，我怕又是那种很理论的内容。我想问下大家有没有这方面资料的看法等等。

2 现在我觉得关于SOC系统理论，系统架构设计的资料对于SOC系统的设计是非常重要的，好的方法理论是好的项目的基础。电子工程师应该在系统架构方面多学习。大家有没有这方面的看法。

对了，最近我有了几点新的认识：
1 看了点SYSTEM GENERATOR方面的资料，现在更倾向于采用FPGA的架构，因为matlab+SYSTEM GENERATOR是现在美国很多人采用的FPGA开发流程，算法通过SYSTEM GENERATOR建模，然后在FPGA实现。而且我觉得最重要的是SYSTEM GENERATOR描述算法的方法更接近于算法并行本质。

2 现在我觉得，不是说FPGA+DSP架构会不会被FPGA淘汰的问题，8位单片机都还有很多人用呢，各有所需。其实我更应该讨论以后高端的实时信号处理平台是哪个架构(排除那种用GPU等特殊的处理器)，现在我觉得，从长远来说，FPGA+DSP架构更有可能更快达到它的极限，而FPGA能支持更高的速度要求，满足更高的实时处理能力

感谢大家的回复，让我把对问题的认识深化

soso

原帖由 zhj1985 于 2009-3-23 13:56 发表
非常感谢大家的回复，真的让我懂了许多。一开始考虑这个问题的时候对问题的认识非常肤浅，就是想自己的项目究竟是用一片FPGA还是FPGA+DSP的架构，用一片FPGA能不能做？如果用FPGA,那么以前在DSP内跑的程序怎么办

...

我是门外汉，只是说句自己的想法：

FPGA抑或FPGA+DSP都是按照需求而生的；虽然大的趋势是越来越集成，但是也许很多应用并用不了那么大的集成，或者工程师习惯用法就喜欢分立的，现在包括一些大的芯片厂商虽然说未来是更集成，但是在出产品时，仍然是集成、分立兼而有之。

wenhuawu

我在并行和串行上的认识与楼主有点出入：并行处理形势不是很常见的，他是建立在FPGA这种特殊的硬件结构上的，是因为他的硬件就是很多的重复单元构成，所以可以实现并行。而且也不是绝对的并行，你可以从不同的硬件单元来看，他仍然可以说是串行的，所以以前的串行思想也同样可以用，并且没有太大必要去学习什么新的并行处理思想，而是在深入了解FPGA的硬件特点，在编程时结合这些特点也就行了。
第二，我觉得SOC与SOPC是有区别的，SOPC更适合于形容FPGA平台，他比起SOC具有零活性，硬件平台可以自己搭建，再在此硬件平台上设计软件。而SOC一般硬件平台都是硬定了的系统。当然由于他们在系统实现上都具有灵活性，所以必定得到广泛应用。

zhj1985

其实我现在觉得用并行的思想还是串行的思想来设计算法可能更接近问题本质，因为硬件是要映射算法的，怎样的算法才觉得哪种硬件更好。
一般我们从小到大接受的都是串行编程的思想，但从我现在看到的资料来看，信号处理应该是并行的。

Sea_eeworld

我不知道你说的算法，是不是指对某一部分数据处理后（尤其是数学上的运算），而且处理过程比较复杂，然后输出与之对应的结果，，如果是那样，我觉得运用顺序编程方法比较容易实现！
如果是对数据进行简单的整合或分散，或有选择的提取，操作过程中的步骤没有因果联系，那理所当然用并行编程！
你说的信号处理，应该是你目前面对你设计对象。
我对FPGA的开发经验还是很少，正在学习！以上只是一些体会，呵

[ 本帖最后由 Sea_eeworld 于 2009-3-24 12:32 编辑 ]

lixinsir

插一句
各位版主尽心尽力
致敬

ouww

学习中，不知道什么时候我也有参与大家讨论的能力！！！

cqustar

还没入门，看不懂呀！
得加油了！

zhj1985

回复sea_eeworld
我现在考虑的是实时图像处理，包括一些预处理(这个现在已经是用FPGA做的了)，还包括后端的搜索，目标提取等。如果用FPGA来实现整个系统的话，就会包括各种不同类型的算法，不单单是适合并行的，也适合串行的。但现在FPGA开发的手段很多，有软核有硬核，我想我是不太会去用HDL写这个系统的，那是集成电路干的事，FPGA还是有很多解决问题的方法的

lleili

好好好!!!哈哈哈哈!!!难得一见的好文章啊!!!应该反复的重复发布!!!哈哈哈太好啦!!!哈哈!!!

Sea_eeworld

灵活运用才是最重要的!

心为形役

一切都是动态的嘛，尝试新的方法总是好的。

pgm_bigcat

顶 不错的评价

unbj

外行看热闹！

scynliaogg

嘿嘿，成本控制还是重要的哈，技术层面的并不能完全决定商业层面的，就像32位ARM出来了，好多人讲8位机要死了，但是现在用8位机的比以前更多。当然，从技术角度来说，这种问题是提得很好的，提到了我们学习的一个根本的体制问题了

scynliaogg

嘿嘿，成本控制还是重要的哈，技术层面的并不能完全决定商业层面的，就像32位ARM出来了，好多人讲8位机要死了，但是现在用8位机的比以前更多。当然，从技术角度来说，这种问题是提得很好的，涉及到了我们学习的一个根本的体制问题了。我们大家都可以来考虑这个问题，我们有个产品就是用FPGA+DSP不行，最后用FPGA来做了。