當我開始這個項目的時候，我已經(jīng)了解到FPGA的好處在于它可以將多種功能集成到單一的芯片中，并可以通過重配置而修改芯片功能。但是這種靈活性也讓我想知道：我應(yīng)該如何處理FPGA與外部組件的接口以及接口連線等問題呢？由于FPGA的平均設(shè)計周期為兩到三年，并且考慮到諸如USB 3.0到USB Type-C等通信技術(shù)的更新?lián)Q代，我很難理解FPGA如何才能真正地帶來好處。

和處理大多數(shù)MCU項目時一樣，我打算從示例代碼開始，然后通過各種示例搭建自己的項目。但是對于每一個例子，我發(fā)現(xiàn)越來越不熟悉，并且結(jié)果也越來越混亂。在這里代碼被用來定義對象和調(diào)用函數(shù)，這在MCU里倒是很常見，但是有些定義是在高階函數(shù)里進行的，而其他的則是在另一個地方。像往常一樣，這些函數(shù)被用來執(zhí)行一個功能或任務(wù)，但有一些函數(shù)要依賴于其他函數(shù)而另一些函數(shù)則是獨立的。正如我試圖對它們發(fā)表評論時所發(fā)現(xiàn)的那樣，那些沒有被直接調(diào)用的代碼仍然是代碼功能的關(guān)鍵。

我決定在YouTube上搜索“Intel FPGA Setup Cyclone V”來尋找示例和“Setup＆Go”培訓(xùn)。當我瀏覽這些內(nèi)容時，我發(fā)現(xiàn)一個共同的主題（圖1）：

1. 看似不連貫的一組命令仍然有效，但似乎并不完整。

2. 缺乏不支持FPGA的外部模塊或組件。

有了這些觀察，我回顧了更多設(shè)計樣本和代碼，并發(fā)現(xiàn)了英特爾Cyclone V和HPS FPGA架構(gòu)顯著的優(yōu)勢。圖1顯示了HDMI命令集，其中包括一系列未被調(diào)用的代碼。它們不是按順序運行的，而是并行運行的。它們的功能很像回調(diào)函數(shù)，在HPS中如果有來自較高級別控制器的數(shù)據(jù)調(diào)用時，這些回調(diào)函數(shù)就會被激活。然后編譯器就會提高向MCU傳遞信息的能力，反之亦然。在這兩者之間需要做的就是協(xié)調(diào)定義和時間安排。

圖1：HDMI命令集，其中包括一系列未被調(diào)用的代碼。

項目流程如下所示：

Linux HPS抓取圖像。

Linux將OpenCV處理過程移交給FPGA。

Linux調(diào)整圖像。

FPGA接收原始圖像信息，并將其編碼為HDMI接口。

這是使用HPS和FPGA的完美示例。FPGA能夠處理大量重復(fù)的運算并實現(xiàn)協(xié)議，而Linux和MCU則處理了程序的動態(tài)元素。這讓我看到了FPGA的優(yōu)勢。

當我深入研究僅含有MCU的設(shè)計時，我發(fā)現(xiàn)了FPGA的其他優(yōu)點：它需要很少的元件，而且可以使成本更低，性能更好的MCU獲得非常好的效果。例如，僅含MCU的設(shè)計將需要更高的A52等條件來進行圖像處理，此外還需要一個GPU來進行圖形加速處理和更多的RAM來完成整個設(shè)計。設(shè)計完成后，最終結(jié)果仍然是一個鎖定的，有限的可升級模塊。有了FPGA，這些組件便可以被引入同一個芯片，所以產(chǎn)品級PCB設(shè)計更為簡單，因為它需要較少的的組件接口，而且由此產(chǎn)生的模塊仍然可以升級或優(yōu)化。

我頭頂上的燈泡在幾英里外都可能被看到。

將多功能集成到單個電路上，減少接口數(shù)量，或者根據(jù)線路修改功能等這些都是FPGA的優(yōu)勢，但它的好處遠不止這些。FPGA改變了我為了高效完成任務(wù)而增加外部組件的方式：不是“按順序執(zhí)行步驟1，步驟2，步驟3”，現(xiàn)在我正在考慮這樣完成任務(wù)：“執(zhí)行步驟A，B，C，并且當執(zhí)行完B之后，就執(zhí)行D”。現(xiàn)在，為什么要花時間來研究MCU到FPGA開發(fā)轉(zhuǎn)換的原因也已變得越來越明晰了。