軟核微處理器
軟核微處理器（英文：Soft microprocessor），也稱為軟微處理器、軟核處理器或軟核，是可以完全使用邏輯綜合實現的微處理器核心。軟核處理器可以通過含有可程式化邏輯裝置（如ASIC、FPGA、CPLD）的不同半導體元件來實做。[1]
對於大多數系統，如果使用了軟核處理器，那它們往往僅使用單個軟處理器。但是，仍有一些設計人員將儘可能多的軟核平鋪到 FPGA 上。[2]在多核系統中，較少使用的資源可以在多個核心間共享。
儘管許多人在 FPGA 中只放置了一個軟核處理器，但 FPGA 在資源足夠多的情況下可以容納更多的軟核處理器，從而構成多核處理器。單個 FPGA 上的軟核處理器的數量僅受 FPGA 資源數量的限制。[3]有的人在單個 FPGA 上放置了數十或數百個軟核處理器。[4][5][6][7][8]這是一種實現大規模平行計算的方法，並且同樣可以應用於主記憶體內計算。
與分立處理器相比，由於 FPGA 的可重新編程的特點，FPGA 中實現的軟核處理器及其外圍裝置不容易過時。[9][10][11]
核心比較
| 處理器 | 開發者 | 是否開源 | 匯流排支援 | 備註 | 專案名稱 | 描述語言 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 基於 ARM 指令集架構 | ||||||
| Amber | Conor Santifort | LGPLv2.1 | Wishbone | ARMv2a 三級或五級管線 | Opencores 上的專案首頁 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | Verilog |
| Cortex-M1 | ARM | 否 | [1] | 70–200 MHz, 32位元 RISC | [2] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | Verilog |
| 基於 AVR 指令集架構 | ||||||
| Navré | Sébastien Bourdeauducq | 是 | Direct SRAM | 相容 Atmel AVR 的8位元 RISC | Opencores 上的專案首頁 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | Verilog |
| pAVR | Doru Cuturela | 是 | 相容 Atmel AVR 的8位元 RISC | Opencores 上的專案首頁 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | VHDL | |
| 基於 MicroBlaze 指令集架構 | ||||||
| AEMB | Shawn Tan | 是 | Wishbone | 相容 MicroBlaze EDK 3.2 | AEMB | Verilog |
| MicroBlaze | Xilinx | 否 | PLB, OPB, FSL, LMB, AXI4 | Xilinx MicroBlaze | ||
| OpenFire | Virginia Tech CCM Lab | 是 | OPB, FSL | 與 MicroBlaze 二進制相容 | [3][12] | Verilog |
| SecretBlaze | LIRMM, 蒙彼利埃大學 / CNRS | 是 | Wishbone | MicroBlaze 指令集架構, VHDL | SecretBlaze | VHDL |
| 基於 MCS-51 指令集架構 | ||||||
| MCL51 | MicroCore Labs | 是 | 基於 Ultra-small-footprint 微定序器的 8051 核心 | 312 個 Artix-7 尋找表. 四核的 8051 版本則有 1227 個 | MCL51 Core | |
| TSK51/52 | Altium | 免版稅 | Wishbone / 英特爾 8051 | 相容8位元 英特爾 8051 指令集，更低時鐘週期的替代 | Altium Wiki 上的 Embedded Design | |
| 基於 MIPS 指令集架構 | ||||||
| BERI （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | 劍橋大學 | BSD | MIPS | 專案首頁 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | Bluespec | |
| Dossmatik | René Doss | CC BY-NC 3.0 授權, 但商業使用需要付授權費 | 管線匯流排 | MIPS I 指令集，多級管線 | Dossmatik | VHDL |
| TSK3000A | Altium | 免版稅 | Wishbone | 32位元 R3000 風格的 RISC 修正哈佛架構 CPU | Altium Wiki 上的 Embedded Design | |
| 基於 PicoBlaze 指令集架構 | ||||||
| PacoBlaze | Pablo Bleyer | 是 | 與 PicoBlaze 處理器相容 | PacoBlaze （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | Verilog | |
| PicoBlaze | Xilinx | 否 | Xilinx PicoBlaze | VHDL, Verilog | ||
| 基於 RISC-V 指令集架構 | ||||||
| f32c （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | 薩格勒布大學 | BSD | AXI, SDRAM, SRAM | 32位元, RISC-V / MIPS 指令集架構自己 (可重新導向), GCC 工具鏈 | f32c （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | VHDL |
| VexRiscv | SpinalHDL | 是 | AXI4 / Avalon | 32位元, RISC-V, 在 Artix 7 上最高 340 MHz. 最高 1.44 DMIPS/MHz. | GitHub （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | VHDLVerilog (SpinalHDL) |
| 基於 SPARC 指令集架構 | ||||||
| LEON2(-FT) | ESA | 是 | AMBA2 | SPARC V8 | ESA （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | VHDL |
| LEON3/4 | Aeroflex Gaisler | 是 | AMBA2 | SPARC V8 | Aeroflex Gaisler （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | VHDL |
| OpenPiton | 普林斯頓並列研究組 | 是 | Manycore SPARC V9 | OpenPiton | Verilog | |
| OpenSPARC T1 | Sun | 是 | 64位元 | OpenSPARC.net （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | Verilog | |
| Tacus/PIPE5 | TemLib | 是 | 管線匯流排 | SPARC V8 | TEMLIB | VHDL |
| 基於 x86 指令集架構 | ||||||
| CPU86 | HT-Lab | 是 | 相容 8088 CPU | cpu86 | VHDL | |
| MCL86 | MicroCore Labs | 是 | 提供了8088的匯流排介面單元，其他易於建立 | 帶有微定序器的精準週期8088/8086，在 Kintex-7 上資源利用率小於2% | MCL86 Core | |
| s80x86 | Jamie Iles | GPLv3 | 自訂 | 相容 80186 核心 | s80x86 | SystemVerilog |
| Zet | Zeus Gómez Marmolejo | 是 | Wishbone | x86 PC 的複製 | Zet | Verilog |
| ao486 | Aleksander Osman | 3-Clause BSD | Avalon | 相容 i486 SX 核心 | ao486 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | Verilog |
| 其他架構 | ||||||
| ARC | ARC International, Synopsys | 否 | 16/32位元指令集架構 RISC | DesignWare ARC | Verilog | |
| ERIC5 | Entner Electronics | 否 | 9位 RISC, 非常小型, 與C語言相容 | ERIC5 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | VHDL | |
| H2 CPU （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | Richard James Howe | MIT | 自訂 | 16位元堆疊結構機器，為直接執行 Forth 語言而設計，較小 | H2 CPU （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | VHDL |
| Instant SoC （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | FPGA Cores （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | 否 | 自訂 | 32位元 RISC-V M 拓展，C++定義的 SoC | Instant SoC （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | VHDL |
| JOP | Martin Schoeberl | 是 | SimpCon / Wishbone (拓展) | 堆疊導向，硬即時支援，能直接執行 Java 位元組碼 | Jop | VHDL |
| LatticeMico8 | Lattice | 是 | Wishbone | LatticeMico8 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | Verilog | |
| LatticeMico32 | Lattice | 是 | Wishbone | LatticeMico32 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | Verilog | |
| LXP32 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | Alex Kuznetsov | MIT | Wishbone | 32位元，三級管線，基於塊狀 RAM 的暫存器堆 | lxp32 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | VHDL |
| MCL65 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | MicroCore Labs | 是 | 基於 Ultra-small-footprint 微定序器的 6502 核心 | 252 個 Spartan-7 尋找表，精確的時鐘週期 | MCL65 Core （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | |
| MRISC32-A1 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | Marcus Geelnard | 是 | Wishbone, B4/管線 | 32位元 RISC/Vector CPU，自訂指令集架構 | MRISC32 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | VHDL |
| NEO430 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | Stephan Nolting | 是 | Wishbone (Avalon, AXI4-Lite) | 相容 16位元 MSP430 指令集架構，非常小型，多外設，高自訂性 | NEO430 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | VHDL |
| Nios, Nios II | Altera | 否 | Avalon | Altera Nios II | Verilog | |
| OpenRISC | OpenCores | 是 | Wishbone | 32位元，在 ASIC、Actel、Altera、Xilinx FPGA 上實現 | [4] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | Verilog |
| SpartanMC | TU Darmstadt / TU Dresden | 是 | 自訂 (AXI 支援正處於開發中) | 18位元 ISA (GNU Binutils / GCC 的支援正在開發中) | SpartanMC （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） | Verilog |
| SYNPIC12 | Miguel Angel Ajo Pelayo | MIT | 相容 PIC12F，程式用邏輯閘合成 | nbee.es | VHDL | |
| xr16 | Jan Gray | 否 | XSOC 抽象匯流排 | 在 Circuit Cellar 雜誌的116-118期中提供了16位元的 RISC CPU 和 SoC | XSOC/xr16 | Schematic |
| YASEP | Yann Guidon | AGPLv3 | Direct SRAM | 16位元或32位元, RTL 使用 VHDL & 組譯 使用 JavaScript | yasep.org (需要 火狐 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 瀏覽器) | VHDL |
| ZipCPU | Gisselquist Technology | GPLv3 | Wishbone, B4/管線 | 32位元 CPU，目標是最少的 FPGA 資源利用 | zipcpu.com | Verilog |
| ZPU | Zylin AS | 是 | Wishbone | 基於棧的 CPU，可組態的 16/32位元資料路徑, 支援 eCos | Zylin CPU | VHDL |
參見
參考資料
- ^ http://www.dailycircuitry.com/2011/10/zet-soft-core-running-windows-30.html網際網路檔案館的存檔，存檔日期2018-10-13. "Zet soft core running Windows 3.0" by Andrew Felch 2011
- ^ Archived copy. [2012-08-18]. （原始內容存檔於2007-10-08）.
- ^ MicroBlaze Soft Processor: Frequently Asked Questions 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2011-10-27.
- ^ István Vassányi. "Implementing processor arrays on FPGAs". 1998.
- ^ Zhoukun WANG and Omar HAMMAMI. "A 24 Processors System on Chip FPGA Design with Network on Chip".
- ^ John Kent. "Micro16 Array - A Simple CPU Array"
- ^ Kit Eaton. "1,000 Core CPU Achieved: Your Future Desktop Will Be a Supercomputer". 2011.
- ^ "Scientists Squeeze Over 1,000 Cores onto One Chip". 2011. 存档副本. [2020-07-17]. （原始內容存檔於2012-03-05）.
- ^ Joe DeLaere. "Top 7 Reasons to Replace Your Microcontroller with a MAX 10 FPGA" （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
- ^ John Swan; Tomek Krzyzak. "Using FPGAs to avoid microprocessor obsolescence" （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. 2008
- ^ Staff. FPGA processor IP needs to be supported. Electronics Weekly. 2010-02-03 [2019-04-03]. （原始內容存檔於2020-08-07） （英國英語）.
- ^ 存档副本. [2020-07-17]. （原始內容存檔於2017-07-05）.
外部連結
- FPGA 的軟 CPU 核心
- 12 種軟微處理器的詳細比較
- FPGA CPU 新聞 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- 自由 CPU 網站 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- Opencores.org 上的微處理器核心 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（該頁面的「Processor」索引標籤中）
- NikTech （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 32 位 RISC 微處理器 MANIK