一、關于SoC

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

優(yōu)勢：低功耗、高性能、高集成、高帶寬。

二、關于SOPC

1.概念

片上可編程系統(tǒng)（System On a Programmable Chip），將處理器、存儲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單元來搭建軟核CPU。

簡言之，SOPC就是軟核處理器+FPGA，并用Avalon總線來通信。

2.優(yōu)缺點

優(yōu)點：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CPU，搭建多核系統(tǒng)，實現(xiàn)多核CPU協(xié)調(diào)工作；可靈活為CPU增添外設（UART，SPI，IIC 等）；

缺點：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，另外其運行的最高時鐘主頻也更低一些（最高160/170MHz），所以SOPC方案僅適用于對處理器整體性能要求不高的應用，通用性不強。

三、關于SoC FPGA（Intel Cyclone V SoC FPGA)

1.概念

SOC FPGA高集成度芯片是在同一個芯片上集成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，主頻可達到925MHz，同時擁有ARM和FPGA的優(yōu)勢。簡言之，SoC FPGA是硬核處理器+FPGA，用高達 128 位數(shù)據(jù)位寬的 AXI 高速總線進行通信。

2.優(yōu)勢

既擁有ARM 硬核處理器實現(xiàn)靈活控制、圖形界面顯示和網(wǎng)絡傳輸、能運行成熟的 Linux 操作系統(tǒng)的優(yōu)勢，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；

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 處理器的一個或多個具有特定功能的外設；

SoC FPGA的HPS 部分可運行成熟的 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。工作的時鐘頻率高，因此可單位時間內(nèi)能夠執(zhí)行更多的指令。

3.常見應用場景

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

四、SoC FPGA 和 獨立的FPGA系統(tǒng) 對比

FPGA實現(xiàn)的是硬件邏輯功能，有著高速并行處理數(shù)據(jù)、豐富IO單元和功能復用的優(yōu)勢，但是也因為邏輯電路的功能固定，所以當需要用到靈活的控制和復雜的協(xié)議通信的時候，F(xiàn)PGA不占優(yōu)勢，而SoC FPGA則將FPGA和ARM的優(yōu)勢集合在了一起。

五、SoC FPGA和傳統(tǒng)的處理器 + FPGA架構(gòu)對比

傳統(tǒng)處理器（英特爾X86架構(gòu)CPU、Cortex-M系統(tǒng)單片機等）+FPGA架構(gòu)中因為使用了獨立的器件，所以電路板的設計相對復雜，另外在用單片機與FPGA通信的時候，速率也因為硬件電路板或者高位寬并行總線間的競爭冒險情況等而受到限制。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、外設存儲單元可定制，因此也突破了硬件上的限制。

六、SoC FPGA 和 SOPC 對比

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是相互獨立的，供電電源相互獨立，因此一方斷電，另一方仍可以正常工作，但是如果設計中不用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，所以當不用CPU的時候，資源可釋放，全部的資源均可當作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，設計獨有的硬件加速和協(xié)處理器邏輯，進而與與ARM處理器協(xié)同工作，突破硬件功能的限制，實現(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和應用前景。