從MCU到FPGA:第3部分

和處理大多數(shù)MCU項(xiàng)目時(shí)一樣，我打算從示例代碼開(kāi)始，然后通過(guò)各種示例搭建自己的項(xiàng)目。但是對(duì)于每一個(gè)例子，我發(fā)現(xiàn)越來(lái)越不熟悉，并且結(jié)果也越來(lái)越混亂。在這里代碼被用來(lái)定義對(duì)象和調(diào)用函數(shù)，這在MCU里倒是很常見(jiàn)，但是有些定義是在高階函數(shù)里進(jìn)行的，而其他的則是在另一個(gè)地方。像往常一樣，這些函數(shù)被用來(lái)執(zhí)行一個(gè)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(dú)立的。正如我試圖對(duì)它們發(fā)表評(píng)論時(shí)所發(fā)現(xiàn)的那樣，那些沒(méi)有被直接調(diào)用的代碼仍然是代碼功能的關(guān)鍵。

我很迷糊。

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

看似不連貫的一組命令仍然有效，但似乎并不完整。

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(jì)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(shì)。

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(yùn)行的，而是并行運(yùn)行的。它們的功能很像回調(diào)函數(shù)，在HPS中如果有來(lái)自較高級(jí)別控制器的數(shù)據(jù)調(diào)用時(shí)，這些回調(diào)函數(shù)就會(huì)被激活。然后編譯器就會(huì)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(shí)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(xiàng)目流程如下所示：

1、Linux HPS抓取圖像。

2、Linux將OpenCV處理過(guò)程移交給FPGA。

3、Linux調(diào)整圖像。

4、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(yùn)算并實(shí)現(xiàn)協(xié)議，而Linux和MCU則處理了程序的動(dòng)態(tài)元素。這讓我看到了FPGA的優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)我深入研究?jī)H含有MCU的設(shè)計(jì)時(shí)，我發(fā)現(xiàn)了FPGA的其他優(yōu)點(diǎn)：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(jì)將需要更高的A52等條件來(lái)進(jìn)行圖像處理，此外還需要一個(gè)GPU來(lái)進(jìn)行圖形加速處理和更多的RAM來(lái)完成整個(gè)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完成后，最終結(jié)果仍然是一個(gè)鎖定的，有限的可升級(jí)模塊。有了FPGA，這些組件便可以被引入同一個(gè)芯片，所以產(chǎn)品級(jí)PCB設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單，因?yàn)樗枰^少的的組件接口，而且由此產(chǎn)生的模塊仍然可以升級(jí)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(gè)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(shì)，但它的好處遠(yuǎn)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(dāng)執(zhí)行完B之后，就執(zhí)行D”。現(xiàn)在，為什么要花時(shí)間來(lái)研究MCU到FPGA開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)換的原因也已變得越來(lái)越明晰了。