国产DSP/ARM+复旦微ZYNQ/A7/K7 FPGA系列解决方案

DSP+ARM+FPGA复旦微系列解决方案定制。

RK3399/TI AM5728/C6657/C6678+复旦微ZYNQ/A7/K7系列。

现在国产化进度赶人，进口的芯片只做了个功能验证，马上就要换上国产的。国内现在已经做出来Zynq的只有复旦微一家，已经在研制的有上海安路，还有成都华微（不排除深圳国威也在做，毕竟这个市场潜力很大）。

使用场景

芯片架构有区别

Procise开发环境

IAR开发环境

市场潜力

使用场景在哪里
首先明确一点，Zynq这类ARM+FPGA的异构SOC芯片绝不适用于低成本方案，为什么？

使用这类芯片几乎都需要配套DDR3，一片DDR3的价格大概在一百元，这还是进口的价格，国产的更贵；
只要使用DDR，就至少需要八层电路板，投一次板多少钱？2千元以上；
如果使用复旦微家的FMQL，就会捆绑销售他家的nor flash，因为别家的和他不兼容。而且这个nor flash还是军温级的，一片1千元以上（进口的仅需三十元）。
那么使用这种芯片优势在哪呢？

ARM编译很快，FPGA编译很慢，前期一些指标急于验证的话可以使用ARM来快速验证；
ARM适合做协议层和业务层数据解析和一些逻辑控制，因为这些东西通常需要反复修改，使用ARM非常方便。可移植性也很好，意味着可以直接从旧项目上copy代码；
FPGA适合做算法和对时序有严格要求的控制，或者数据采集这种高吞吐率的工作。这种程序后期基本不需要大动；
由于是芯片级别的结合，因此ARM和FPGA之间的通信变得非常简单，直接用AXI总线就可以了，相比传统方案的电路板上走线简直是多快好省。
芯片架构有区别
不同于Xilinx的双核Cortex-A9 + FPGA，复旦微家的设计是四核CortexA7 + FPGA。FPGA方面的架构和资源是一样的，几乎可以平行替代；ARM方面，两者都属于Armv7架构，两匹骡和四头驴的区别吧，都不算太强悍。Zynq推出的时间毕竟比较长了，在当时A9算是比较新的架构，可是复旦微的FMQL后来居上，不但未出其右，甚至还差了那么一点意思（成都华威的据说是四核A53，性能更强悍，比较期待）。

ARM体系架构图

至于为什么不采用和Xilinx家双核A9的架构，我猜测可能是知识产权的问题，毕竟当时Zynq是 Xilinx 和 ARM 两家共同研发的，复旦微要加ARM核必然需要ARM公司的授权，这个坎是绕不过的。

Zynq 芯片架构图

ARM这块采用的架构不同，这也就带来了软件移植上的问题，Zynq使用定制的eclipse（叫做SDK）开发Arm软件，和vivado配合整个生态链比较闭环，开发人员也不需要关注太多底层的东西，例如bsp文件是如何生成的，内存是如何分配的等等。但是FMQL没有开发自家的IDE，因此使用的是IAR这个开发环境，再配合上低配版vivado软件——Procise。

Procise开发环境
Procise就不过多介绍了，山寨vivado。这个软件的作用仅仅是把vivado的工程导入进来，然后生成开发所需的bsp文件，再导出到IAR里面去。

由Vivado软件生成的 bit 流几乎可以直接烧录进FMQL的FPGA部分，除了部分功能需要打patch才能过三温，说明复旦微在FPGA这部分已经能够完全兼容Xilinx了。Procise软件也就在建立工程和固化程序时用一下，就完成使命了。

procise软件界面

IAR开发环境
IAR这个上古IDE搞嵌入式的想必都不陌生，但是实际使用的人估计并不多，大多数人都在使用Keil。我也是第一次用IAR，新版的IAR和Keil的界面差不多，但是更有喜感，一股城中村改造失败的废土风。但是有一说一，debug模式下对变量的观察还是可圈可点的，甚至强于Keil。

IAR软件界面

市场潜力
目前国内的军品FPGA市场主要还是上海复旦微一骑绝尘，剩下深圳国威、成都华威和五十八所几个国企三分天下。复旦微起步最早，积累的经验也最多。但是作为消费者，我更乐于看到深圳国威和复旦微掰手腕，打价格战。以K7为例，两年前复旦微卖1.5w一片，现在被国威打到2、3千一片，国产暴利褪去，一切都要归于市场选择。

在民品市场也是群雄逐鹿，竞争非常激烈。我个人其实更支持上海安路，一直在踏踏实实做正向研发，数据手册和技术文档都写的非常严谨。在这里浅浅预测一下，将来的FPGA市场中，军品还会是复旦微的天下，但是民品会被上海安路一家通吃。

国产DSP大盘点

2020年，中国进口各类芯片的总额攀升至3800亿美元，连续6年超过石油进口额，成为贸易逆差的最大来源，占全球芯片需求量的45%以上。在这一形势下，以美国为首的欧美国家却不断通过“贸易摩擦”、各种制裁和禁运，对出口到中国的芯片特别是高端芯片“卡脖子”。

DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）是一类嵌入式通用可编程微处理器，主要用于实现对信号的采集、识别、变换、增强、控制等算法处理，是各类嵌入式系统的“大脑”，应用十分普遍。DSP与CPU（中央处理器）、GPU（图形处理器）、FPGA（现场可编程门阵列）通常被看成是高端芯片的“四大件”，其国产化替代对于提升芯片自给率具有重要意义。

我国的国产DSP虽然起步较晚，但发展很快，在某些特定领域的国产化率已经较高，2025年非常有可能实现70%的目标。国产DSP在某些领域国产化率已达80%以上。相比CPU、GPU和FPGA，同属于高端芯片的DSP受关注程度明显低很多。DSP芯片一般采用程序总线和数据总线分开的哈佛架构，常常具有专门的硬件加速模块，能够快速实现各种数字信号算法处理与实时控制。

虽然受关注程度不如CPU，起步较晚的国产DSP发展却很快。全球第一块单片DSP在1980年诞生，此后，TI、ADI、摩托罗拉等公司不断推出不同档次的DSP产品并逐步占领全球市场。目前全球95%的市场被这三家垄断，其中TI的占比高达70%。

我国在“十一五”规划期间，通过“核高基”科技重大专项部署了多个国产高性能DSP的研制任务。2012年，由中国电科第十四所牵头研制的“华睿1号”国产DSP课题通过验收，并开展大规模应用部署。同年，由中国电科第三十八所自主研制的“魂芯1号”国产DSP也完成了测试，性能可以达到当时国际主流水平。

与衡量其它逻辑计算芯片类似，DSP的主要指标包括其工作主频、每秒运算次数、内存大小、接口类型和数量等。从目前来看，DSP需要满足各种嵌入式系统集成化、智能化、模块化、低功耗的发展趋势，将朝着数据处理能力越来越强、接口集成度越来越高、功耗越来越低等方向发展。

挑战虽多，但相比CPU的高端国产替代，DSP从芯片设计到工艺实现再到生态构建都更容易实现自主可控，还能更适应国内市场的需求。汪东说：“国际巨头DSP公司的部分芯片指令集知识产权保护已过期，因此至少从国内看，研发与这类DSP芯片指令集兼容的国产DSP不需要通过授权。” ARM、x86等CPU体系结构（含指令集）更新频繁，导致用户无法摆脱原厂的架构授权，而DSP指令集更新速度远低于CPU，这意味着它基本上不再需要原厂授权，可以从源头上解决卡脖子问题。不过，由于DSP芯片设计也需要使用EDA工具，因此在这一环节面临的挑战与CPU一样。

制造环节，国内的制造水平也足以支撑高端DSP。国内最先进的高端DSP用到了12～14nm制程，而对于面向工业控制的中低端DSP，使用55nm甚至110nm工艺就够了。除了硬件方面的挑战，软件生态也是国内芯片实现高端突破面临的共同挑战。幸运的是，DSP的计算任务比较专一，生态链相比CPU短很多，不需要适配很复杂的操作系统、数据库等基础软件和各种各样的上层应用软件，这样构建和推广全自主的国产DSP更加容易。”

相比CPU的国产替代，DSP实现高端国产替代无论是技术还是生态层面都更有优势。特别是，DSP在某些特殊领域已经有超过80%的国产化率，能够满足要求严苛的场景需求，在民用市场也有希望快速提升国产化率，实现从不到10%到70%甚至更高国产化率的快速跃升。

2015-2020年中国DSP芯片行业市场规模及需求量统计

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