вопрос по охвату напоминает провокацию флейма, имхо

проверенная литература лежит на сайте альтеры.
из опыта - мой текущий проект - приемопередатчик с цифровой обработкой сигналов(в ПЧ). на внешнем железe - радийная часть,ЦАП/АЦП, клоки, Eth-PHY. В ПЛИС(cyclone3) происходит фильтрация, модуляция/демодуляция,кодирование/декодирование,ФАПЧи там всякие и т.п. все это хозяйство собрано в SOPC и управляется НИОСом. функции контроллера - проинициализировать систему,следить за ней,прошивку обновлять и т.п.
ОСи пока нет (по техническим причинам), но будет.
про конвейеры есть хорошая глава в этой книжке
http://www.amazon.com/Design-Warriors-Guid...s/dp/0750676043(была где-то на форуме, могу выложить)
общий подход - узкие места в логике "разрезать" регистрами => повышаем Fmax за счет латентности.