分布式异构处理的行业应用

为了加速产品开发，莱迪思半导体公司提供 iCE40 UltraPlus FPGA 系列的整套工具以及评估样片和开发板。莱迪思 iCE40 UltraPlus FPGA 能够加速产品上市进程的另一个因素是认识到了嵌入式系统开发工程师所具备的特殊经验技能。尽管 FPGA 历史悠久并且也得到了广泛的采用，但相比 MCU 而言仍是设计工程师们不太熟悉的产品。这一点都不奇怪，现在懂得 MCU 编程的工程师要比懂得 FPGA 编程的多得多。开发工程师现在可以通过在 iCE40 UltraPlus FPGA 中实现软核处理器来解决这个问题。事实上，大容量 SPRAM 和固化的 DSP 块使 iCE40 UltraPlus FPGA 成为实现软核处理器的理想平台。为了支持这些解决方案，RISC-V 组织(www.riscv.org)发布了一个开源、可扩展、高效的处理器设计。在最近的 RISC-V 研讨会上，有两家公司使用 RISC-V 开源软件工具和 Lattice FPGA 工具实现了基于 莱迪思 iCE40 UltraPlus FPGA 的 RISC-V 软核。这两家的公司的行动证明 iCE40 UltraPlus FPGA 可用于开发高度集成并行加速器的专用软处理器，并且开发成本非常低。这为具备MCU 技能的工程师提供了前所未有的灵活性。

　　潜在应用

iCE40 UltraPlus FPGA 具备的嵌入式 DSP 支持设计工程师运行更高质量的算法，而 1 Mbit片上 SRAM 则允许系统在较低功耗的状态下缓存数据。在越来越多的系统中，设计工程师需要一个器件作为应用处理器的协处理器，并且可以在系统关闭时处理和分析数据，然后唤醒应用处理器以执行更复杂的功能。

潜在的应用几乎是无限的。例如，可穿戴或白色家电市场中的许多解决方案都需要用于大 容量帧缓存和接口桥接的器件。iCE40 UltraPlus FPGA 凭借其大容量片上 SRAM 可支持实时工作显示屏，而此时应用处理器仍能处于睡眠模式。同时，iCE40 UltraPlus FPGA 还可以实现 MCU 和显示器之间的桥接。该 FPGA 支持 MIPI DSI 或并行接口，为自定义图形加速以及 I/O 扩展提供灵活性。显示驱动器和图形引擎的结合可媲美低成本 GPU，而功耗却大大降低。

在第二类应用中，许多电池供电的设备需要实时传感器缓存，以便在应用处理器处于睡眠模式时执行传感和检测加速。这些器件必须屏蔽假唤醒，使得应用处理器更长时间地处于睡眠模式。在这类应用中，iCE40 UltraPlus FPGA 可应用于各种传感器和应用处理器之间以处理唤醒触发，如用于计步器上的双击或“摇一摇唤醒”技术。类似的应用还有动作检测以及指纹、手势或虹膜扫描等。

　　实时传感器缓存

这些功能都需要两步过程。首先，系统必须确定是否发生了适当的唤醒动作。其次，系统必须确定所使用的手势或指纹是否正确以获得对系统的访问。对于以前的应用而言，如果发生了适当的动作，FPGA 就会唤醒应用处理器。而 iCE40 UltraPlus FPGA 凭借其大容量片上存储空间，现在可以在系统唤醒之前执行上述两个步骤，从而使得应用处理器更长时间地处于睡眠模式。

iCE40 UltraPlus FPGA 的第三类潜在应用是声束形成。现在的系统常常需要增强的音频处理功能，将特定的音频信号与高噪声环境分离。一个典型应用就是系统必须在多人正在说话的房间中检测并接受来自一个人的语音命令。

使用多个麦克风阵列和波束成形技术可检测特定的声音并滤除不需要的噪声。亚马逊最近推出的 Echo 平台是一个很好的例子。这种免提音箱使用波束成形技术和 7 个麦克风，可以从室内环境中辨别出用户的声音，即使室内正播放着音乐也没问题。

然而，大多数应用处理器仅支持两个麦克风。而且这些系统通常必须始终开启并且使用电池供电，对于大功耗的应用处理器而言是难以完成的任务。那么设计工程师该如何实现24 小时不间断并以最低功耗支持多达七个不同麦克风输入的波束成形解决方案呢?

　　一种方法是将麦克风阵列连接到一片低功耗的iCE40 UltraPlus FPGA。

　　麦克风阵列声束形成

上述解决方案支持多个数字麦克风 PDM 输入。片上乘法器和累加器(MAC)块可用于PDM 抽取和滤波，FPGA 的大容量存储空间则可