【精品博文】失控----FPGA去中心化设计

最近在看KK的《失控》，KK的观点刚好切合FPGA目前的发展------去中心化设计。这篇文章就来讲讲去中心化设计。

假设一个项目：

一、拥有的外设：4路SPI分别接外MCU，4路I2C分别接外总线，4路UART分别接4个PC，1路网口（只UDP），1路Qflash，2个LED，2个数码管。

二、设计要求：只有一个，所有外设都是两两相通的，比如任意SPI，都能把数据推送到任意UART，也有从任意I2C接收数据，任意接口都能控制数码管。

可能的设计思路

挂个U核，各个外设，接口都做成标准总线slaver口IP，外加中断控制，由CPU统一对这些IP进行调度控制，这是现在FPGA SoC的设计方法，也是ARM 集成的方式。

纯逻辑控制，各种状态机控制不同外设，在这个项目中这种实现方式难度相当大。

（曾经看过一篇博文提到FPGA实现TCP，指出无非两种方式，一种嵌CPU，用U去跑协议棧，另一种是写大的状态机）

莫老师说用Noc（network on chip），我确实是使用这种方法。

只是个人不是很喜欢noc这个词，因为network会让人偏离关注点，其实纵观整套代码，net是隐藏的，没有哪个模块来表示net，也没有统一的net protocol，外设决定protocol，外设的设计重要性会被net分散掉；再者我也不喜欢这么狭义专业的叫法，更喜欢范特西的，有想象力的词，用《失控》里面的一个高频词“生态系统”EoC，各个模块的关系就像一个自恰的生态系统。

SOC图

EoC Noc图

总线其实是没有一个总的实体的（interconnect），是由发布的多个interconnect组成，当然也可以设计成一个实体，但是弊大于利。所以更像下面的图

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特性对比

1、SOC接入设备是有限的，大大受限于中断数量，一个CPU挂上千个slaver，有上千个中断（也并不是每个都有中断，LED就没有，有中断的还是多数），那是很可怕的，当然现在的也没有看见那个SOC挂这么多的。EoC NoC没有这个限制，可以接入任意数量的设备。

2、外设设备可以看成资源，CPU其实也是资源，SOC会出现资源过度占用，因为每一次外设的交互都会叠加在CPU这个宝贵的资源上，所以也会造成CPU性能越来越高（我们真的需要这么高么），EOC NOC也会出现资源过度占用，但是不会出现，SPI过度占用会影响I2C的情况。

3、SOC接口和协议相对简单除了CPU是master 其余都是slaver，协议只有一种就是CPU规定的（地址多少位，数据多少位这些）。EOC NOC设备可以只有其一任意接口，也可以两种都有，协议更是每一个设备的协议可以不一样，控制LED的bus协议就和SPI的bus协议可以不一样。

4、分布独立性，SOC方面如果UART想控制LED，必须在CPU没有再处理Ethernet的时候才能完成，EOC NOC没有这种限制，只有请求的设备都是重叠。所以可以做到全部设备满负荷运行，SOC如果一直在处理大规模的Ehernet数据，则可能没有时间来处理SPI，其余设备就会处于被动空闲状态。

5、设计难度，EOC NOC在于net路由，设备的master，slaver接口的设计，SOC 因为已经有现成的Bus和IP，设计基本都在C环境。

6、Bus区别，EOC NOC是轻量的BUS，不会有优先级，中断，因为设备master根本没有能力处理优先级（也不需要），SOC基本是全功能的BUS。

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