Програмний мікропроцесор

Програмний мікропроцесор (англ. soft microprocessor) — ядро мікропроцесора, що може бути повністю імплементоване за допомогою синтезу логіки. Фізичним втіленням програмного процесора можуть бути різні програмовані логічні пристрої, такі як ASIC, FPGA, CPLD).

У більшості апаратних реалізацій синтезується лише одне процесорне ядро — втім, спроби вмістити у один FPGA багато ядер також здійснюються.^[1] У таких мультиядерних процесорах ресурси плати можуть спільно використовуватися усіма ядрами і синтезованими пристроями. У деяких дизайнах на одному FPGA може налічуватися сотні ядер.^[2]

Порівняння деяких програмних ядер

Процесор	Розробник	Відкритий код?	Шини	Примітки	Домашня сторінка	Мова опису
Засновані на архітектурі ARM
Amber	Conor Santifort	LGPLv2.1	Wishbone	ARMv2a, 3-стадійний або 5-стадійний конвеєр	Сторінка проекту на Opencores	Verilog
ARM Cortex-M1[en]	ARM	Ні	?	70–200 МГц, 32-біт RISC		Verilog
Засновані на архітектурі AVR
Navré	Sébastien Bourdeauducq	Так	Direct SRAM	8-біт RISC, сумісний з Atmel AVR	Project page at Opencores	Verilog
pAVR	Doru Cuturela	Так		8-біт RISC, сумісний з Atmel AVR	Project page at Opencores	VHDL
Засновані на архітектурі MicroBlaze
AEMB	Shawn Tan	Так	Wishbone	Сумісний з MicroBlaze EDK 3.2	AEMB	Verilog
MicroBlaze	Xilinx	Ні	PLB, OPB, FSL, LMB, AXI4		Xilinx MicroBlaze
OpenFire	Virginia Tech CCM Lab	Так	OPB, FSL	Сумісний на рівні машинних кодів з MicroBlaze	[3]	Verilog
SecretBlaze	LIRMM, University of Montpellier / CNRS	Так	Wishbone	Сумісний з MicroBlaze	SecretBlaze	VHDL
Засновані на архітектурі MCS-51
MCL51	MicroCore Labs	Ні	?	Наднизькі вимоги до ресурсів (312 таблиць LUT Artix-7; чотириядерна версія 8051 використовує 1227 таблиць), мікросеквенсер, ядро сумісне з 8051	MCL51 Core
TSK51/52	Altium	Royalty-free	Wishbone / Intel 8051	Сумісний з набором команд 8-розрядного мікроконтролера Intel 8051. Є альтернатива з нижчим clock cycle[уточнити]	Embedded Design on Altium Wiki
Засновані на архітектурі MIPS
BERI	University of Cambridge	BSD		MIPS	Project page	Bluespec
Dossmatik	René Doss	CC BY-NC 3.0, except commercial applicants have to pay a licence fee.	Pipelined bus	Набір команд MIPS I, конвеєр	Dossmatik	VHDL
TSK3000A	Altium	Royalty-free	Wishbone	32-bit R3000-style RISC modified Harvard-architecture CPU	Embedded Design on Altium Wiki
Засновані на архітектурі PicoBlaze
PacoBlaze	Pablo Bleyer	Так		PicoBlaze-сумісний	PacoBlaze	Verilog
PicoBlaze	Xilinx	Ні			Xilinx PicoBlaze	VHDL, Verilog
Засновані на архітектурі RISC-V
f32c	Університет Загреба	BSD	AXI, SDRAM, SRAM	32-розрядний, підмножини наборів команд RISC-V або MIPS (змінювана архітектура), інструментарій GCC	f32c	VHDL
VexRiscv	SpinalHDL	Так	AXI4 / Avalon	32-bit, RISC-V, up to 340 MHz on Artix 7. Up to 1.44 DMIPS/MHz.	https://github.com/SpinalHDL/VexRiscv	SpinalHDL
Засновані на архітектурі SPARC
LEON2(-FT)	ESA	Так	AMBA2	SPARC V8	ESA	VHDL
LEON3/4	Aeroflex Gaisler	Так	AMBA2	SPARC V8	Aeroflex Gaisler	VHDL
OpenPiton	Princeton Parallel Group	Так		Manycore SPARC V9	OpenPiton	Verilog
OpenSPARC T1	Sun	Так		64-bit	OpenSPARC.net	Verilog
Tacus/PIPE5	TemLib	Так	Pipelined bus	SPARC V8	TEMLIB	VHDL
Засновані на архітектурі x86
CPU86	HT-Lab	Так		8088-сумісний	cpu86	VHDL
MCL86	MicroCore Labs	Ні	?	Точна емуляція циклів команд 8088/8086; реалізація з мікросеквенсером. Використовує менше 2% Kintex-7.	MCL86 Core
s80x86	Jamie Iles	GPLv3	Custom	80186-compatible GPLv3 core	s80x86	SystemVerilog
Zet	Zeus Gómez Marmolejo	Так	Wishbone	Повний клон IBM PC з процесором 8088/8086/80186	Zet	Verilog
Other architectures
ARC	ARC International, Synopsys	Ні		16/32-розрядний RISC	DesignWare ARC	Verilog
ERIC5	Entner Electronics	Ні		9-розрядний RISC, малі розміри, компілятор C	ERIC5	VHDL
H2 CPU	Richard James Howe	MIT	Custom	16-розрядна стекова машина для прямого виконання програм на Forth	H2 CPU	VHDL
Instant SoC	FPGA Cores	Ні	Custom	32-розрядний, RISC-V M Extension, SoC описано на C++	Instant SoC	VHDL
JOP	Martin Schoeberl	Так	SimpCon / Wishbone (extension)	Стекова машина, жорсткий реальний час, пряме виконання байт-коду Java	Jop	VHDL
LatticeMico8	Lattice	Так	Wishbone		LatticeMico8	Verilog
LatticeMico32	Lattice	Так	Wishbone		LatticeMico32	Verilog
LXP32	Alex Kuznetsov	MIT	Wishbone	32-bit, 3-стадійний конвеєр	lxp32	VHDL
MCL65	MicroCore Labs	Так	?	Ядро, сумісне з 6502 за циклами команд, з мікросеквенсером. Потребує 252 таблиці LUT у Spartan-7	MCL65 Core
MRISC32-A1	Marcus Geelnard	Так	Wishbone, B4/pipelined	32-розрядний RISC і векторний процесор	MRISC32	VHDL
NEO430	Stephan Nolting	Так	Wishbone (Avalon, AXI4-Lite)	16-розрядний, сумісний з MSP430	NEO430	VHDL
Nios, Nios II	Altera	Ні	Avalon		Altera Nios II	Verilog
OpenRISC	OpenCores	Так	Wishbone	32-розрядний, реалізований у ASIC, а також FPGA Actel, Altera, Xilinx		Verilog
SpartanMC	TU Darmstadt / TU Dresden	Так	Custom (AXI support in development)	18-розрядна архітектура	SpartanMC	Verilog
SYNPIC12	Miguel Angel Ajo Pelayo	MIT		Сумісний з PIC12F	nbee.es	VHDL
xr16	Jan Gray	Ні	XSOC abstract bus	16-bit RISC CPU and SoC featured in Circuit Cellar Magazine #116-118	XSOC/xr16	Schematic
YASEP	Yann Guidon	AGPLv3	Direct SRAM	16 or 32 bits, RTL in VHDL & asm in JS, microcontroller subset : ready	yasep.org (Firefox required)	VHDL
ZipCPU	Gisselquist Technology	GPLv3	Wishbone, B4/pipelined	32-розрядний процесор, спроектований для мінімального використання ресурсів FPGA	zipcpu.com	Verilog
ZPU	Zylin AS	Так	Wishbone	Стекова машина, 16/32-розрядні дані, підтримка ОС eCos	Zylin CPU	VHDL

Див. також

• Система на кристалі
• Reconfigurable computing^[en]
• VHDL
• Verilog, SystemVerilog

Джерела

1. Clive Maxfield (2006). FPGA Architectures from 'A' to 'Z' (англ.). Архів оригіналу за 8 жовтня 2007. Процитовано 18 серпня 2012.
2. Scientists Squeeze Over 1,000 Cores onto One Chip (англ.). 2011. Архів оригіналу за 5 березня 2012.
3. http://opencores.org/project,openfire_core,overview
4. Andrew Felch (2011). Zet soft core running Windows 3.0 (англ.). Архів оригіналу за 13 жовтня 2018. Процитовано 20 серпня 2019.
5. MicroBlaze Soft Processor: Frequently Asked Questions (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 27 жовтня 2011.
6. Vassányi, István (1998). Implementing processor arrays on FPGAs (англ.).
7. Wang, Zhoukun; Hammami, Omar. A 24 Processors System on Chip FPGA Design with Network on Chip (англ.).
8. {cite web |author = John Kent |title = Micro16 Array - A Simple CPU Array |url = http://members.optusnet.com.au/jekent/Micro16Array/index.html [Архівовано 2020-08-01 у Wayback Machine.] |language = en}}
9. Kit Eaton (2011). 1,000 Core CPU Achieved: Your Future Desktop Will Be a Supercomputer (англ.).
10. Joe DeLaere. Top 7 Reasons to Replace Your Microcontroller with a MAX 10 FPGA (PDF) (англ.).
11. John Swan; Tomek Krzyzak (2008). Using FPGAs to avoid microprocessor obsolescence (англ.).
12. Staff (3 лютого 2010). FPGA processor IP needs to be supported. Electronics Weekly (брит.). Процитовано 3 квітня 2019.