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軟核微處理器

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軟核微處理器（英文：Soft microprocessor），也稱為軟微處理器、軟核處理器或軟核，是可以完全使用邏輯綜合實現的微處理器核心。軟核處理器可以通過含有可程式化邏輯裝置（如ASIC、FPGA、CPLD）的不同半導體元件來實做。[1]

對於大多數系統，如果使用了軟核處理器，那它們往往僅使用單個軟處理器。但是，仍有一些設計人員將儘可能多的軟核平鋪到 FPGA 上。[2]在多核系統中，較少使用的資源可以在多個核心間共用。

儘管許多人在 FPGA 中只放置了一個軟核處理器，但 FPGA 在資源足夠多的情況下可以容納更多的軟核處理器，從而構成多核處理器。單個 FPGA 上的軟核處理器的數量僅受 FPGA 資源數量的限制。[3]有的人在單個 FPGA 上放置了數十或數百個軟核處理器。[4][5][6][7][8]這是一種實現大規模平行計算的方法，並且同樣可以應用於主記憶體內計算。

與分立處理器相比，由於 FPGA 的可重新編程的特點，FPGA 中實現的軟核處理器及其外圍裝置不容易過時。[9][10][11]

核心比較

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處理器 開發者 是否開源 匯流排支援 備註 專案名稱 描述語言
基於 ARM 指令集架構
Amber Conor Santifort LGPLv2.1 Wishbone（英語：Wishbone (computer bus)） ARMv2a 三級或五級管線化 Opencores 上的專案首頁 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Verilog
Cortex-M1（英語：Cortex-M1） ARM 否 [1] 70–200 MHz, 32位元 RISC [2] （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Verilog
基於 AVR 指令集架構
Navré Sébastien Bourdeauducq 是 Direct SRAM 相容 Atmel AVR 的8位元 RISC Opencores 上的專案首頁 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Verilog
pAVR Doru Cuturela 是 相容 Atmel AVR 的8位元 RISC Opencores 上的專案首頁 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） VHDL
基於 MicroBlaze（英語：MicroBlaze） 指令集架構
AEMB Shawn Tan 是 Wishbone（英語：Wishbone (computer bus)） 相容 MicroBlaze EDK 3.2 AEMB Verilog
MicroBlaze（英語：MicroBlaze） Xilinx 否 PLB, OPB, FSL, LMB, AXI4 Xilinx MicroBlaze
OpenFire Virginia Tech CCM Lab 是 OPB, FSL 與 MicroBlaze 二進制相容 [3][12] Verilog
SecretBlaze LIRMM, 蒙彼利埃大學 / CNRS 是 Wishbone（英語：Wishbone (computer bus)） MicroBlaze 指令集架構, VHDL SecretBlaze VHDL
基於 MCS-51 指令集架構
MCL51 MicroCore Labs 是 基於 Ultra-small-footprint 微定序器的 8051 核心 312 個 Artix-7 尋找表. 四核的 8051 版本則有 1227 個 MCL51 Core
TSK51/52 Altium 免版稅 Wishbone（英語：Wishbone (computer bus)） / 英特爾 8051 相容8位元 英特爾 8051 指令集，更低時鐘週期的替代 Altium Wiki 上的 Embedded Design
基於 MIPS 指令集架構
BERI （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 劍橋大學 BSD MIPS 專案首頁 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Bluespec（英語：Bluespec）
Dossmatik René Doss CC BY-NC 3.0 授權, 但商業使用需要付授權費 管線化匯流排 MIPS I 指令集，多級管線化 Dossmatik VHDL
TSK3000A Altium 免版稅 Wishbone（英語：Wishbone (computer bus)） 32位元 R3000 風格的 RISC 修正哈佛架構 CPU Altium Wiki 上的 Embedded Design
基於 PicoBlaze 指令集架構
PacoBlaze Pablo Bleyer 是 與 PicoBlaze 處理器相容 PacoBlaze （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Verilog
PicoBlaze（英語：PicoBlaze） Xilinx 否 Xilinx PicoBlaze VHDL, Verilog
基於 RISC-V 指令集架構
f32c （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 薩格勒布大學 BSD AXI, SDRAM, SRAM 32位元, RISC-V / MIPS 指令集架構自己 (可重新導向), GCC 工具鏈 f32c （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） VHDL
VexRiscv SpinalHDL 是 AXI4 / Avalon 32位元, RISC-V, 在 Artix 7 上最高 340 MHz. 最高 1.44 DMIPS/MHz. GitHub （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） VHDLVerilog (SpinalHDL)
基於 SPARC 指令集架構
LEON2(-FT) ESA 是 AMBA2 SPARC V8 ESA （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） VHDL
LEON3/4 Aeroflex Gaisler 是 AMBA2 SPARC V8 Aeroflex Gaisler （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） VHDL
OpenPiton 普林斯頓並列研究組 是 Manycore SPARC V9 OpenPiton Verilog
OpenSPARC T1 Sun 是 64位元 OpenSPARC.net （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Verilog
Tacus/PIPE5 TemLib 是 管線化匯流排 SPARC V8 TEMLIB VHDL
基於 x86 指令集架構
CPU86 HT-Lab 是 相容 8088 CPU cpu86 VHDL
MCL86 MicroCore Labs 是 提供了8088的匯流排介面單元，其他易於建立 帶有微定序器的精準週期8088/8086，在 Kintex-7 上資源利用率小於2% MCL86 Core
s80x86 Jamie Iles GPLv3 自訂 相容 80186 內核 s80x86 SystemVerilog
Zet（英語：Zet (hardware)） Zeus Gómez Marmolejo 是 Wishbone（英語：Wishbone (computer bus)） x86 PC 的複製 Zet Verilog
ao486 Aleksander Osman 3-Clause BSD Avalon 相容 i486 SX 核心 ao486 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Verilog
其他架構
ARC（英語：ARC (processor)） ARC International, Synopsys 否 16/32位元指令集架構 RISC DesignWare ARC Verilog
ERIC5 Entner Electronics 否 9位 RISC, 非常小型, 與C語言相容 ERIC5 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） VHDL
H2 CPU （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Richard James Howe MIT 自訂 16位元堆疊結構機器，為直接執行 Forth 語言而設計，較小 H2 CPU （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） VHDL
Instant SoC （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） FPGA Cores （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 否 自訂 32位元 RISC-V M 拓展，C++定義的 SoC Instant SoC （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） VHDL
JOP（英語：Java optimized processor） Martin Schoeberl 是 SimpCon / Wishbone（英語：Wishbone (computer bus)） (拓展) 堆疊導向，硬即時支援，能直接執行 Java 位元組碼 Jop VHDL
LatticeMico8（英語：LatticeMico8） Lattice 是 Wishbone（英語：Wishbone (computer bus)） LatticeMico8 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Verilog
LatticeMico32（英語：LatticeMico32） Lattice 是 Wishbone（英語：Wishbone (computer bus)） LatticeMico32 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Verilog
LXP32 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Alex Kuznetsov MIT Wishbone（英語：Wishbone (computer bus)） 32位元，三級管線化，基於塊狀 RAM 的暫存器堆 lxp32 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） VHDL
MCL65 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） MicroCore Labs 是 基於 Ultra-small-footprint 微定序器的 6502 核心 252 個 Spartan-7 尋找表，精確的時鐘週期 MCL65 Core （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
MRISC32-A1 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Marcus Geelnard 是 Wishbone（英語：Wishbone (computer bus)）, B4/管線化 32位元 RISC/Vector CPU，自訂指令集架構 MRISC32 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） VHDL
NEO430 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Stephan Nolting 是 Wishbone (Avalon, AXI4-Lite) 相容 16位元 MSP430 指令集架構，非常小型，多外設，高自訂性 NEO430 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） VHDL
Nios（英語：Nios embedded processor）, Nios II Altera 否 Avalon Altera Nios II Verilog
OpenRISC（英語：OpenRISC） OpenCores 是 Wishbone（英語：Wishbone (computer bus)） 32位元，在 ASIC、Actel、Altera、Xilinx FPGA 上實現 [4] （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Verilog
SpartanMC TU Darmstadt / TU Dresden 是 自訂 (AXI 支援正處於開發中) 18位元 ISA (GNU Binutils / GCC 的支援正在開發中) SpartanMC （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Verilog
SYNPIC12 Miguel Angel Ajo Pelayo MIT 相容 PIC12F，程式用邏輯門合成 nbee.es VHDL
xr16 Jan Gray 否 XSOC 抽象匯流排 在 Circuit Cellar 雜誌的116-118期中提供了16位元的 RISC CPU 和 SoC XSOC/xr16 Schematic
YASEP Yann Guidon AGPLv3 Direct SRAM 16位元或32位元, RTL 使用 VHDL & 組譯 使用 JavaScript yasep.org (需要 火狐 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 瀏覽器) VHDL
ZipCPU Gisselquist Technology GPLv3 Wishbone（英語：Wishbone (computer bus)）, B4/管線化 32位元 CPU，目標是最少的 FPGA 資源利用 zipcpu.com Verilog
ZPU（英語：ZPU_(microprocessor)） Zylin AS 是 Wishbone（英語：Wishbone (computer bus)） 基於棧的 CPU，可組態的 16/32位元數據路徑, 支援 eCos Zylin CPU VHDL

參見

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參考資料

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  1. ^ http://www.dailycircuitry.com/2011/10/zet-soft-core-running-windows-30.html互聯網檔案館的存檔，存檔日期2018-10-13. "Zet soft core running Windows 3.0" by Andrew Felch 2011
  2. ^ Archived copy. [2012-08-18]. （原始內容存檔於2007-10-08）. 
  3. ^ MicroBlaze Soft Processor: Frequently Asked Questions 互聯網檔案館的存檔，存檔日期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]. （原始內容存檔於2012-03-05）. 
  9. ^ Joe DeLaere. "Top 7 Reasons to Replace Your Microcontroller with a MAX 10 FPGA" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.
  10. ^ John Swan; Tomek Krzyzak. "Using FPGAs to avoid microprocessor obsolescence" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. 2008
  11. ^ Staff. FPGA processor IP needs to be supported. Electronics Weekly. 2010-02-03 [2019-04-03]. （原始內容存檔於2020-08-07） （英國英語）. 
  12. ^ 存档副本. [2020-07-17]. （原始內容存檔於2017-07-05）. 

外部連結

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取自 "https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=软核微处理器&oldid=70868330"