FPGA+RISC-V ，如何实现1+1>2？

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）内核出货量完成100亿颗目标之后，RISC-V当前的声势更加空前，崛起的势头已经不可阻挡。与此同时，基于RISC-V内核实现的芯片，以及通过创新设计实现RISC-V+传统芯片的案例越来越多，比如基于RISC-V实现高可靠性CPU，或者通过FPGA+RISC-V 实现一种创新设计。
 
我们都知道，安路科技发布的FPSoC新品便是上述举例中的后者。5月27日，国内领先的FPGA芯片供应商安路科技在官方微信中表示，精心打造的SF1系列FPSoC器件现已全面推出，集成逻辑单元、存储单元、视频处理单元、RISC-V CPU硬核等资源，助力实现视频图像接口转换和工业控制交互。
 
在这篇新品推文中，亮点除了安路科技成功推出FPSoC之外，RISC-V CPU的出现也极为引人关注。安路科技为什么要推出FPSoC？为什么会选择RISC-V ？它起到了怎样的作用？带着这些问题，电子发烧友网记者采访了安路科技SoC系统架构师杨益。
 
自赛灵思被AMD公司收购之后，全球FPGA市场两大“头牌”相继归入领先的CPU公司麾下。杨益表示，“这代表了异构计算是未来的发展趋势，也是FPGA行业未来重要发展方向。同时，FPGA作为一种重要的异构计算单元，在很早之前，被收购的赛灵思公司就推出了像Zynq这样的FPGA+CPU的架构，安路科技自然也会关注到这样的发展趋势。”
 
根据安路科技后续披露的投资者关系活动记录，SF1系列FPSoC器件已经实现量产，并且正在研发一款高效率FPSoC器件。
 
FPSoC的英文全称是Field Programmable System On Chip，中文释义为现场可编程系统级芯片，其核心组成便是CPU+FPGA，具备两种类型芯片的相应功能。而安路科技在SF1系列FPSoC器件上选择的是RISC-V CPU和FPGA搭配。
 
“安路科技关注RISC-V有很长的时间了。首先，作为一种自主可控的处理器架构，RISC-V近年来得到了国内上下游厂商广泛的关注和支持，其整个生态成熟度已经可以满足很多领域的需求；其次，RISC-V开放特性非常适合FPGA 嵌入式CPU软核应用，解决了之前FPGA公司主推封闭架构CPU软核跨平台移植困难的问题，帮助客户保护其设计资产。” 杨益在解释安路科技为什么选择RISC-V 架构时讲到。
 
在FPGA上搭配嵌入式处理器软核，这一概念最早出现在Altera公司（已经被英特尔收购）提出来的SOPC技术中，其突出的优点是灵活性更高，对于CPU性能和外设功能，用户可以按照自己的需求进行设定。杨益指出，“安路科技RISC-V 架构软核推出后已经得到了很多客户成功应用。新推出集成CPU硬核产品也选择RISC-V 体系，可以和RISC-V软核共享开发生态，让客户应用更加灵活方便。”
 
确实，对于SF1系列FPSoC器件，以及其他类型的SoC FPGA产品而言，是将CPU硬核和FPGA以异构集成的方式放置在一起，是纯硬件实现的，不会消耗FPGA的逻辑资源，在系统性能方面能够有更大的发挥空间。
 
对于RISC-V CPU+FPGA这种搭配如何取得1+1>2的效果，杨益在采访过程中提到了三点：
 
RISC-V的指令集优势

RISC-V是个精简指令集处理器，功耗比较低，SF1的低功耗性能使得它在功耗敏感领域得到较多应用。
 
RISC-V CPU的丰富资源

RISC-V CPU硬核支持RV32IMAC指令集，支持指令数据Cache，同时也集成了SPI、UART、I2C等数据接口，内置大容量PSRAM可以很大扩展应用领域；支持FreeRTOS，RTthread，UCOSII等操作系统；SF1系列FPSoC在片上集成Flash和PSRAM模块，同时提供RISC-V的Local Memory或Cache可配置方案，提供了的灵活的软件运行方案。
 
FPGA对RISC-V的补充

FPGA的硬件可编程特性，可以作为可定制加速单元、高性能接口、实时处理模块等多种应用模式，通过内部总线连接，作为RISC-V的补充形成完整单芯片方案。
 
除此之外，杨益强调，SF1系列还集成DSI（x2）和DSC硬核，提供了强大的图像和视频接口能力。在此基础上，客户可以利用FPGA逻辑资源进行个性化拓展，非常适同于人机交互、图像视频接口等领域。
 
当然，作为一种处于高速发展过程中的后发架构，开发者往往会担忧RISC-V的软件生态问题，映射到产品上就是产品的易用性问题。杨益对此回应称。“我们看到在MCU/MPU领域，RISC-V的生态发展很快，国内已经有多家厂商对RISC-V 产品都提供了完善的开发生态，其中很多都开源或者基于开源项目。安路科技通过自研和第三方合作，推出了功能完善的基于RISC-V的SDK及IDE环境，我们同时提供了重点行业应用的参考方案。”
 
在完成核心出货100亿颗目标之后，RISC-V International首席执行官 Calista Redmond 表示，RISC-V CPU核心数有望在2025年达到800亿颗。短短四年时间，从100亿到800亿，这是一种爆炸式的增长。无疑，安路科技也已经参与到这一发展洪流之中。“安路科技对RISC-V有长期的关注，并一直看好RISC-V在中国市场的发展前景。目前，安路科技已经成为RISC-V组织的战略会员，在后续产品规划会继续发力RISC-V优势市场并积极参与国内RISC-V生态的发展建设。” 杨益说到。