软核微处理器

软核微处理器（英文：Soft microprocessor），也称为软微处理器、软核处理器或软核，是可以完全使用逻辑综合实现的微处理器核心。软核处理器可以通过含有可编程逻辑器件（如ASIC、FPGA、CPLD）的不同半导体器件来實做。[1]

对于大多数系统，如果使用了软核处理器，那它们往往仅使用单个软处理器。但是，仍有一些设计人员将尽可能多的软核平铺到 FPGA 上。[2]在多核系统中，较少使用的资源可以在多个核心间共享。

尽管许多人在 FPGA 中只放置了一个软核处理器，但 FPGA 在资源足够多的情况下可以容纳更多的软核处理器，从而构成多核处理器。单个 FPGA 上的软核处理器的数量仅受 FPGA 资源数量的限制。[3]有的人在单个 FPGA 上放置了数十或数百个软核处理器。[4][5][6][7][8]这是一种实现大规模并行计算的方法，并且同样可以应用于内存内计算。

与分立处理器相比，由于 FPGA 的可重新编程的特点，FPGA 中实现的软核处理器及其外围设备不容易过时。[9][10][11]

核心比较

处理器 开发者 是否开源 总线支持 备注 项目名称 描述语言
基于 ARM 指令集架构
Amber Conor Santifort LGPLv2.1 Wishbone（英语：Wishbone (computer bus)） ARMv2a 三级或五级流水线 Opencores 上的项目主页 （页面存档备份，存于互联网档案馆） Verilog
Cortex-M1（英语：Cortex-M1） ARM 否 [1] 70–200 MHz, 32位 RISC [2] （页面存档备份，存于互联网档案馆） Verilog
基于 AVR 指令集架构
Navré Sébastien Bourdeauducq 是 Direct SRAM 兼容 Atmel AVR 的8位 RISC Opencores 上的项目主页 （页面存档备份，存于互联网档案馆） Verilog
pAVR Doru Cuturela 是 兼容 Atmel AVR 的8位 RISC Opencores 上的项目主页 （页面存档备份，存于互联网档案馆） VHDL
基于 MicroBlaze（英语：MicroBlaze） 指令集架构
AEMB Shawn Tan 是 Wishbone（英语：Wishbone (computer bus)） 兼容 MicroBlaze EDK 3.2 AEMB Verilog
MicroBlaze（英语：MicroBlaze） Xilinx 否 PLB, OPB, FSL, LMB, AXI4 Xilinx MicroBlaze
OpenFire Virginia Tech CCM Lab 是 OPB, FSL 与 MicroBlaze 二进制兼容 [3][12] Verilog
SecretBlaze LIRMM, 蒙彼利埃大学 / CNRS 是 Wishbone（英语：Wishbone (computer bus)） MicroBlaze 指令集架构, VHDL SecretBlaze VHDL
基于 MCS-51 指令集架构
MCL51 MicroCore Labs 是 基于 Ultra-small-footprint 微定序器的 8051 核心 312 个 Artix-7 查找表. 四核的 8051 版本则有 1227 个 MCL51 Core
TSK51/52 Altium 免版税 Wishbone（英语：Wishbone (computer bus)） / 英特爾 8051 兼容8位 英特爾 8051 指令集，更低时钟周期的替代 Altium Wiki 上的 Embedded Design
基于 MIPS 指令集架构
BERI （页面存档备份，存于互联网档案馆） 剑桥大学 BSD MIPS 项目主页 （页面存档备份，存于互联网档案馆） Bluespec（英语：Bluespec）
Dossmatik René Doss CC BY-NC 3.0 授权, 但商业使用需要付授权费 流水线总线 MIPS I 指令集，多级流水线 Dossmatik VHDL
TSK3000A Altium 免版税 Wishbone（英语：Wishbone (computer bus)） 32位 R3000 风格的 RISC 修正哈佛架构 CPU Altium Wiki 上的 Embedded Design
基于 PicoBlaze 指令集架构
PacoBlaze Pablo Bleyer 是 与 PicoBlaze 处理器兼容 PacoBlaze （页面存档备份，存于互联网档案馆） Verilog
PicoBlaze（英语：PicoBlaze） Xilinx 否 Xilinx PicoBlaze VHDL, Verilog
基于 RISC-V 指令集架构
f32c （页面存档备份，存于互联网档案馆） 萨格勒布大学 BSD AXI, SDRAM, SRAM 32位, RISC-V / MIPS 指令集架构自己 (可重定向), GCC 工具链 f32c （页面存档备份，存于互联网档案馆） VHDL
VexRiscv SpinalHDL 是 AXI4 / Avalon 32位, RISC-V, 在 Artix 7 上最高 340 MHz. 最高 1.44 DMIPS/MHz. GitHub （页面存档备份，存于互联网档案馆） VHDLVerilog (SpinalHDL)
基于 SPARC 指令集架构
LEON2(-FT) ESA 是 AMBA2 SPARC V8 ESA （页面存档备份，存于互联网档案馆） VHDL
LEON3/4 Aeroflex Gaisler 是 AMBA2 SPARC V8 Aeroflex Gaisler （页面存档备份，存于互联网档案馆） VHDL
OpenPiton 普林斯顿并行研究组 是 Manycore SPARC V9 OpenPiton Verilog
OpenSPARC T1 Sun 是 64位 OpenSPARC.net （页面存档备份，存于互联网档案馆） Verilog
Tacus/PIPE5 TemLib 是 流水线总线 SPARC V8 TEMLIB VHDL
基于 x86 指令集架构
CPU86 HT-Lab 是 兼容 8088 CPU cpu86 VHDL
MCL86 MicroCore Labs 是 提供了8088的总线接口单元，其他易于创建 带有微定序器的精准周期8088/8086，在 Kintex-7 上资源利用率小于2% MCL86 Core
s80x86 Jamie Iles GPLv3 自定义 兼容 80186 内核 s80x86 SystemVerilog
Zet（英语：Zet (hardware)） Zeus Gómez Marmolejo 是 Wishbone（英语：Wishbone (computer bus)） x86 PC 的复制 Zet Verilog
ao486 Aleksander Osman 3-Clause BSD Avalon 兼容 i486 SX 核心 ao486 （页面存档备份，存于互联网档案馆） Verilog
其他架构
ARC（英语：ARC (processor)） ARC International, Synopsys 否 16/32位指令集架构 RISC DesignWare ARC Verilog
ERIC5 Entner Electronics 否 9位 RISC, 非常小型, 与C语言兼容 ERIC5 （页面存档备份，存于互联网档案馆） VHDL
H2 CPU （页面存档备份，存于互联网档案馆） Richard James Howe MIT 自定义 16位堆疊結構機器，为直接执行 Forth 语言而设计，较小 H2 CPU （页面存档备份，存于互联网档案馆） VHDL
Instant SoC （页面存档备份，存于互联网档案馆） FPGA Cores （页面存档备份，存于互联网档案馆） 否 自定义 32位 RISC-V M 拓展，C++定义的 SoC Instant SoC （页面存档备份，存于互联网档案馆） VHDL
JOP（英语：Java optimized processor） Martin Schoeberl 是 SimpCon / Wishbone（英语：Wishbone (computer bus)） (拓展) 面向堆栈，硬实时支持，能直接执行 Java 字节码 Jop VHDL
LatticeMico8（英语：LatticeMico8） Lattice 是 Wishbone（英语：Wishbone (computer bus)） LatticeMico8 （页面存档备份，存于互联网档案馆） Verilog
LatticeMico32（英语：LatticeMico32） Lattice 是 Wishbone（英语：Wishbone (computer bus)） LatticeMico32 （页面存档备份，存于互联网档案馆） Verilog
LXP32 （页面存档备份，存于互联网档案馆） Alex Kuznetsov MIT Wishbone（英语：Wishbone (computer bus)） 32位，三级流水线，基于块状 RAM 的寄存器堆 lxp32 （页面存档备份，存于互联网档案馆） VHDL
MCL65 （页面存档备份，存于互联网档案馆） MicroCore Labs 是 基于 Ultra-small-footprint 微定序器的 6502 核心 252 个 Spartan-7 查找表，精确的时钟周期 MCL65 Core （页面存档备份，存于互联网档案馆）
MRISC32-A1 （页面存档备份，存于互联网档案馆） Marcus Geelnard 是 Wishbone（英语：Wishbone (computer bus)）, B4/流水线 32位 RISC/Vector CPU，自定义指令集架构 MRISC32 （页面存档备份，存于互联网档案馆） VHDL
NEO430 （页面存档备份，存于互联网档案馆） Stephan Nolting 是 Wishbone (Avalon, AXI4-Lite) 兼容 16位 MSP430 指令集架构，非常小型，多外设，高自定性 NEO430 （页面存档备份，存于互联网档案馆） VHDL
Nios（英语：Nios embedded processor）, Nios II Altera 否 Avalon Altera Nios II Verilog
OpenRISC（英语：OpenRISC） OpenCores 是 Wishbone（英语：Wishbone (computer bus)） 32位，在 ASIC、Actel、Altera、Xilinx FPGA 上实现 [4] （页面存档备份，存于互联网档案馆） Verilog
SpartanMC TU Darmstadt / TU Dresden 是 自定义 (AXI 支持正处于开发中) 18位 ISA (GNU Binutils / GCC 的支持正在开发中) SpartanMC （页面存档备份，存于互联网档案馆） Verilog
SYNPIC12 Miguel Angel Ajo Pelayo MIT 兼容 PIC12F，程序用逻辑门合成 nbee.es VHDL
xr16 Jan Gray 否 XSOC 抽象总线 在 Circuit Cellar 杂志的116-118期中提供了16位的 RISC CPU 和 SoC XSOC/xr16 Schematic
YASEP Yann Guidon AGPLv3 Direct SRAM 16位或32位, RTL 使用 VHDL & 汇编 使用 JavaScript yasep.org (需要 火狐 （页面存档备份，存于互联网档案馆） 浏览器) VHDL
ZipCPU Gisselquist Technology GPLv3 Wishbone（英语：Wishbone (computer bus)）, B4/流水线 32位 CPU，目标是最少的 FPGA 资源利用 zipcpu.com Verilog
ZPU（英语：ZPU_(microprocessor)） Zylin AS 是 Wishbone（英语：Wishbone (computer bus)） 基于栈的 CPU，可配置的 16/32位数据路径, 支持 eCos Zylin CPU VHDL

参见

参考资料

  1. ^ http://www.dailycircuitry.com/2011/10/zet-soft-core-running-windows-30.html互联网档案馆的存檔，存档日期2018-10-13. "Zet soft core running Windows 3.0" by Andrew Felch 2011
  2. ^ Archived copy. [2012-08-18]. （原始内容存档于2007-10-08）. 
  3. ^ MicroBlaze Soft Processor: Frequently Asked Questions 互联网档案馆的存檔，存档日期2011-10-27.
  4. ^ István Vassányi. "Implementing processor arrays on FPGAs". 1998.
  5. ^ Zhoukun WANG and Omar HAMMAMI. "A 24 Processors System on Chip FPGA Design with Network on Chip".
  6. ^ John Kent. "Micro16 Array - A Simple CPU Array"
  7. ^ Kit Eaton. "1,000 Core CPU Achieved: Your Future Desktop Will Be a Supercomputer". 2011.
  8. ^ "Scientists Squeeze Over 1,000 Cores onto One Chip". 2011. 存档副本. [2020-07-17]. （原始内容存档于2012-03-05）. 
  9. ^ Joe DeLaere. "Top 7 Reasons to Replace Your Microcontroller with a MAX 10 FPGA" （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
  10. ^ John Swan; Tomek Krzyzak. "Using FPGAs to avoid microprocessor obsolescence" （页面存档备份，存于互联网档案馆）. 2008
  11. ^ Staff. FPGA processor IP needs to be supported. Electronics Weekly. 2010-02-03 [2019-04-03]. （原始内容存档于2020-08-07） （英国英语）. 
  12. ^ 存档副本. [2020-07-17]. （原始内容存档于2017-07-05）. 

外部链接