国内学习FPGA的就服小梅哥，他的产品以及开源程序，非常适合新手入门和慢慢成长。下面介绍一下关于SoC FPGA的基本概念和学习方法：

SoC的定义多种多样，由于其内涵丰富、应用范围广，很难给出准确定义。一般说来， SoC称为系统级芯片，也有称片上系统，意指它是一个产品，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。同时它又是一种技术，用以实现从确定系统功能开始，到软/硬件划分，并完成设计的整个过程。Intel Cyclone V SoC FPGA 是 Intel PSG（原 Altera）于 2013 年发布的一款在单一芯片上集成了双核的 ARM Cortex-A9 处理器和 FPGA 逻辑资源的新型SoC 芯片，相较于传统的单一 ARM 处理器或 FPGA 芯片，Intel Cyclone V SoCFPGA 既拥有了 ARM 处理器灵活高效的数据运算和事务处理能力，同时又集成了 FPGA 的高速并行处理优势，同时，基于两者独特的片上互联结构，使用时可以将 FPGA 上的通用逻辑资源经过配置，映射为 ARM 处理器的一个或多个具有特定功能的外设，通过高达 128 位宽的 AXI 高速总线进行通信，完成数据和控制命令的交互。由于片上的 ARM 处理器是经过布局布线的硬线逻辑，因此其能工作的时钟主频较高，因此单位时间内能够执行的指令也更多。

在 SoC FPGA 技术推出之前，各大 FPGA 厂家已经推广了有多年的 SOPC技术。和 SoC FPGA 不相同的是，SOPC 是在单纯的 FPGA 芯片上使用 FPGA的逻辑和存储器资源搭建一个软核 CPU 系统，由该软核 CPU 实现所需处理器的完整功能。由于是使用 FPGA 的通用逻辑搭建的 CPU，因此具有一定的灵活性，用户可以根据自己的需求对 CPU 进行定制裁剪，增加一些专用功能，例如除法或浮点运算单元，用于提升 CPU 在某些专用运算方面的性能，或者删除一些在系统里面使用不到的功能，以节约逻辑资源。另外也可以根据用户的实际需求，为 CPU 添加各种标准或定制的外设，例如 UART，SPI，IIC 等标准接口外设，同时，用户也可以自己使用 FPGA 的逻辑资源，编写各种专用的外设，然后连接到 CPU 总线上，由 CPU 进行控制，以实现软硬件的协同工作，在保证系统性能的同时，增加了系统的灵活性。而且，如果单个的软核 CPU 无法满足用户需求，可以添加多个 CPU 软核，搭建多核系统，通过多核 CPU 协同工作，让系统拥有更加灵活便捷的控制能力。

SoC有两个显著的特点：一是硬件规模庞大，通常基于IP设计模式；二是软件比重大，需要进行软硬件协同设计。城市相比农村的优势很明显：配套齐全、交通便利、效率高。SoC也有类似特点：在单个芯片上集成了更多配套的电路，节省了集成电路的面积，也就节省了成本，相当于城市的能源利用率提高了；片上互联相当于城市的快速道路，高速、低耗，原来分布在电路板上的各器件之间的信息传输，集中到同一个芯片中，相当于本来要坐长途汽车才能到达的地方，现在已经挪到城里来了，坐一趟地铁或BRT就到了，这样明显速度快了很多；城市的第三产业发达，更具有竞争力，而SoC上的软件则相当于城市的服务业务，不单硬件好，软件也要好；同样一套硬件，今天可以用来做某件事，明天又可以用来做另一件事，类似于城市中整个社会的资源配置和调度、利用率方面的提高。可见SoC在性能、成本、功耗、可靠性，以及生命周期与适用范围各方面都有明显的优势，因此它是集成电路设计发展的必然趋势。目前在性能和功耗敏感的终端芯片领域，SoC已占据主导地位；而且其应用正在扩展到更广的领域。单芯片实现完整的电子系统，是IC 产业未来的发展方向。

但是，由于 CPU 是使用 FPGA 的通用逻辑资源搭建的，相较使用经过布局布线优化的硬核处理器来说，软核处理器够运行的最高实时钟主频要低一些，而且也会相应的消耗较多的 FPGA 逻辑资源以及片上存储器资源，因此 SOPC方案仅适用于对于数处理器整体性能要求不高的应用，例如整个系统的初始化配置，人机交互，多个功能模块间的协调控制等功能。

嵌入式处理器开发人员面对的一个最大挑战就是如何选择一个满足其应用要求的处理器。现在已有数百种嵌入式处理器，每种处理器都具备一组不同的外设、存储器、接口和性能特性，用户很难做出一个合理的选择：要么为了匹配实际应用所需的外设和接口要求而不得不选择在某些性能上多余的处理器；要么为了保持成本的需求而达不到原先预计的理想方案。采用 ARM+FPGA 集成架构的芯片，用户将不会局限于预先制造的处理器技术，而是根据自己的要求定制处理器，按照需要选择合适的外设、存储器和接口。此外，用户还可以轻松集成自己专有的功能（如 DSP，用户逻辑），创建一款“完美”的处理器，使用户的设计具有独特的竞争优势。也使得二者的结合有了更大的市场和应用前景。