實(shí)現(xiàn)基于ARM的嵌入式系統(tǒng)的可編程芯片系統(tǒng)方法

Altera ARMHPS（圖4）在全功能HPS中結(jié)合了雙核ARMCortex-A9 MPCore處理器、存儲(chǔ)器控制器以及外設(shè)IP.28-nm 工藝節(jié)點(diǎn)的高性能雙核ARMCortex-A9 MPCore 處理器工作速率高達(dá)800 MHz.雙核配置實(shí)現(xiàn)了靈活的SoC FPGA 產(chǎn)品，其性能能夠進(jìn)一步滿足未來(lái)的需求。內(nèi)置NEON媒體處理引擎和雙精度浮點(diǎn)單元為多媒體和信號(hào)處理應(yīng)用提供了標(biāo)準(zhǔn)化加速功能。每個(gè)內(nèi)核32 個(gè)32-KB Level-1 高速緩存，在512-KB 共享Level-2 高速緩存的支持下，通過(guò)減小延時(shí)和存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)間，有助于提升性能。

圖4. 基于ARM的硬核處理器系統(tǒng)簡(jiǎn)介

除了ARM內(nèi)核本身，HPS還包括SDRAM控制器子系統(tǒng)、通用外設(shè)陣列，以及高速片內(nèi)互聯(lián)。外設(shè)組包括增強(qiáng)閃存控制器、MMC、DMA、USB 2.0、以太網(wǎng)、UART、SPI 和GPIO 接口。最后，Altera 獨(dú)特的片內(nèi)總線體系結(jié)構(gòu)通過(guò)高速互聯(lián)連接了HPS和FPGA，總帶寬大于125-Gbps.

在片內(nèi)Altera FPGA 中實(shí)現(xiàn)了專用邏輯。由于能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的為Cyclone V 和Arria VFPGA 系列提供支持，Altera 產(chǎn)品在正常工作條件下，使用壽命一般能夠達(dá)到20 年以上。

快速系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具

Altera 的Quartus II 開(kāi)發(fā)軟件提供了高效的設(shè)計(jì)環(huán)境，幫助開(kāi)發(fā)人員迅速實(shí)現(xiàn)基于ARM的SoC.所包含的Qsys系統(tǒng)集成工具在IP功能和子系統(tǒng)之間自動(dòng)生成互聯(lián)邏輯，從而顯著縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，減輕了設(shè)計(jì)工作量。對(duì)于使用AMBA等通用接口標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議編寫(xiě)的IP，Qsys自動(dòng)識(shí)別IP，將其與SoC 連接。利用這一工具，很容易實(shí)現(xiàn)重用功能，在一片SoC FPGA 中同時(shí)使用已有或者第三方IP單元以及不同的標(biāo)準(zhǔn)接口。此外，開(kāi)發(fā)人員很容易利用現(xiàn)有的內(nèi)容，迅速實(shí)現(xiàn)FPGA 開(kāi)發(fā)。

軟件開(kāi)發(fā)

軟件開(kāi)發(fā)是開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)時(shí)非常重要的工作。出于這一原因，嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人員一般使用名為“虛擬目標(biāo)”的仿真環(huán)境，在能夠使用硅片之前，編寫(xiě)、仿真并調(diào)試軟件。利用Altera SoC FPGA 虛擬目標(biāo)仿真環(huán)境，開(kāi)發(fā)人員即使在拿到第一個(gè)硅片之前，也能夠開(kāi)始寄存器和二進(jìn)制兼容軟件開(kāi)發(fā)。設(shè)計(jì)人員通過(guò)使用虛擬目標(biāo)，提前完成大部分軟件開(kāi)發(fā)工作，降低了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，更迅速的將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

結(jié)論

與以往相比，目前的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員必須面對(duì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，迅速應(yīng)對(duì)多變的標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和需求，以更少的資源滿足越來(lái)越高的各種市場(chǎng)需求。含有硬核處理器內(nèi)核的SoCFPGA 不但支持設(shè)計(jì)人員解決這些設(shè)計(jì)難題，而且還幫助他們獲得了明顯的產(chǎn)品及時(shí)面市、價(jià)格/ 性能、突出產(chǎn)品特點(diǎn)以及長(zhǎng)壽命產(chǎn)品等優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)方案相比，現(xiàn)在已經(jīng)到達(dá)了一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，基于FPGA 的SoC 成為可行而且是首選的方法，必將在市場(chǎng)上獲得廣泛應(yīng)用。