Titus, не соглашусь. Очень советовал бы повнимательнее посмотреть на системы на чипе. Фактически это похоже на укладку многих дискретных элементов в один корпус. Эта задача становится сложной с контроллерами и процессорами, когда приходится создавать нечто, ведущее себя таким же образом как оригинал и здесь возможны нестыковки и различия в нюансах (тайминги, например). Но это тоже не эмуляция, а симуляция.
Но заменить большие куски схемы одним чипом без потери оригинального поведения вполне реально.
Даже если нет идеального и многократно проверенного готового процессора для ПЛИС, то ничего не мешает поставить оригинальный процессор отдельно в паре с ПЛИС, сохранив полностью совместимость и скомпоновав большую часть остальной схемы в один чип. Я не вижу в таком пути ничего ущербного.