能否把Linux内核部分固化并运行在FPGA上，或者直接流片成ASIC，以提高运行效率?

理论很丰满，现实很骨感。

这个问题本质上是软件和硬件的体系划分。

有很多算法可以用软件实现，也可以用硬件实现。

比如可以在软件上跑一个h264的算法，可以找到C的（软件实现），也可以找到verilog（硬件实现）。

的确有些算法即适合软件来实现，通过C在CPU的编程，灵活啊。

也适合硬件来做，例如FPGA/ASIC，高速啊。

还适合软硬结合来实现，例如CPU带MMX扩展指令，也可以加速h264的速度，还保持了灵活性。

所以，我们看到这几种方式，处理器实现效率低，ASIC/FPGA实现不灵活。

所以就出现了很多DSA架构，面向领域的定制的处理器，综合了灵活性和高性能，比如可以定制一个面向视频处理方面的处理器，可以处理目前所有的编码协议，264,265，包括AVS等等。

回头题目上来，我们说linux内核能不能用ASIC/FPGA实现。

答案既不可行，又无必要

大约10年前，我曾经在FPGA上装上openrisc，当时就裁剪了一个linux的最小的内核放进去，大约8M的bin文件，最后把系统成功启动起来。

这实际上就是软件在cpu上跑的当时启动了linux的内核。

当然不是用FPGA/ASIC技术来实现linux，也就是linux的硬化。

那为什么不能用FPGA/ASIC实现内核的一部分。

我们先看看linux的内核都有哪些组件？

1：进程管理：内核管理用户空间程序的执行，创建和管理进程，为每个进程调度CPU时间，处理进程间通信。

2：内存管理：内核管理内存向用户空间程序的分配和释放。

3：设备驱动：内核为设备驱动程序提供接口，负责管理系统的硬件组件，如网络适配器、存储设备和显示适配器。

4：文件系统：内核提供文件系统支持，包括读写各种类型文件系统的能力。

5：访问控制：内核提供访问控制、权限管理等安全特性，确保用户空间的程序无法进行未授权的操作。

上面这5点都强调是灵活性，并且和CPU是紧密耦合的关系。

我们拿设备驱动举例，仅仅是一个串口驱动，如果用ASIC/FPGA（verilog）实现内核里面printK函数，这个难度就是顶天的。需要考虑多少个字符串，多少种字符串，字符串的拼接，字符串如何转换，这个比用verilog来写基本上难度比写一个串口模块大好几个数量级。

并且最主要的是，更重要的是用verilog费这么大力气实现这么个东西，和软件的printk函数相比完全没有什么优势。

就是串口打印个数，这么做非常的不灵活，也不高效（串口速率决定了！）。

完全没有用。

完全没有用。

完全没有用。

重要的事情说三遍。

翻看内核各种函数，这还是一个最简单的printk，除此之外有上万个类似的函数，这些函数之间还有错综复杂的调用关系。要知道verilog的调用可真的是模块的复制啊，这种实现简直不敢想象。

用verilog写完，变成FPGA/ASIC完全是不可行的。

因此不论是进程管理，内存管理，设备驱动，文件系统，访问控制等等，这些都是为了CPU更灵活被应用而发明出来的。

linux和CPU是共生关系，但凡翻看过linux内核的C代码的，就会明白linux内核是完全不适合ASIC/FPGA用实现的。

那说到这里，那这个题目问的难道没有意义吗？

有的？

虽然不能将liunx内核固化在FPGA/ASIC上，但是，内核里面一些运行的瓶颈完全可以通过硬件加速的方式来优化。

例如：

1：设备驱动里面就用很多硬件加速开关，通过开启这些硬件加速开关，内核就能少做很多的工作，减少指令消耗。

2：指令加速，目前SIMD的指令在内核中也经常被调用，翻开各种CPU版本的linux的内核也能看到这一点。

这些都是内核加速的一些方式，提升内核运行的效率。

但是这些加速有必要，硬件替代完全不可行，不必要。

软件和硬件尤其自然的分解，虽然很多时候一些地方处于模糊的地带，但是毫不疑问，linux内核就是软件实现最基础的那块基石。