Lark Board評估板 Cyclone V SoC的專用舞臺

隨著FPGA技術的高速發展，芯片規模不斷提升，帶來了更強的性能的同時，也實現了更低的功耗。FPGA憑借其強大的并行信號處理能力，在應對控制復雜度低、數據量大的運算時具有較強的優勢。但是在復雜算法的實現上，FPGA卻遠沒有32位精簡指令集計算機(RISC)處理器靈活方便，所以在設計具有復雜算法和控制邏輯的系統時，往往需要RISC和FPGA結合使用。這樣電路設計的難度也就相應地增加。而Altera的Cyclone V SoC將RISC硬核處理器系統和FPGA集成到一起實現了功能的互補，大大減小了硬件電路復雜性和體積，同時也降低了功耗，提高了系統可靠性。這針對嵌入式開發者來說絕對是一種福音，因為這一架構意味著更高的系統性能、更低的功耗(相對于雙芯片的解決方案)、更小的電路板面積和更低的系統成本。然而，就像一個才華橫溢的藝術家需要一個量身定做的舞臺才能讓觀眾有嘆為觀止的印象，再強大的芯片也需要設計優秀的外圍電路和接口才能發揮其所長，而這正是英蓓特開發最新的Lark Board評估板的最終目的，即為Altera Cyclone V SoC提供一個任意施展的舞臺。

(Cyclone V SoC的框圖)

Lark Board評估板根據該SoC的三大核心資源(即傳統FPGA通用IO與邏輯、傳統ARM通用IO以及控制器和高速差分收發器)進行了定制，提供了板載USB Blaster II JTAG在線調試功能、TF卡及eMMC啟動、HPS與FPGA各自獨享1GB DDR3內存、SDI高清輸入和輸出、VGA及HDMI高清顯示、中小尺寸LCD觸摸屏接口、高帶寬模擬前端及ADC采樣、10/100/1000M以太網、USBx4接口、數字攝像頭接口、PCIEX1/X4接口、RTC、HPS和FPGA部分擴展等等豐富的擴展接口和硬件資源。下面是Lark Board系統框圖，清晰的展現了該評估板如何挖掘Cyclone V的各種功能。

下面讓我們來逐個了解Lark Board身上的這些接口和硬件資源，看看它是怎么樣讓Cyclone V SoC在這個專門為其設計的舞臺上盡情的發揮。

(Lark Board實物圖)

1. 板載USB Blaster II

JTAG及USB Blaster II是FPGA開發的基本調試工具。Embest作為Altera戰略合作伙伴，得到Altera授權在Lark Board上使用在線的USB Blaster II，提高FPGA調試的效率和可靠性，省去用戶購買外接Blaster的麻煩，同時也杜絕了因為用戶疏忽忘記關電導致熱插拔外接Blaster而造成板子燒壞的情況。另外，板載USB Blaster II能夠支持Quartus II及ARM DS-5開發環境。

2. 支持TF卡和eMMC啟動 -

Lark Board自帶TF Card插座及4GB eMMC，用戶可以自行選擇從eMMC或者TF Card啟動。

3. 板載DDR3存儲器

Lark Board上的SoC在FPGA和HPS部分各集成一個硬核DDR控制器，分別外接兩顆DDR3顆粒(各1GB)。HPS和FPGA通過內部的橋接可以實現相互訪問，最大訪問空間為1GB，速度最高可達800MHz (1600Mbps)。

4. SDI高清輸入和輸出

通過配置SoC自帶的SDI收發器，以及板上集成的LMH0303線纜驅動器和LMH0384均衡器，Lark Board 可以采用SMB同軸線實現與高清IP Camera或者DVR相接，實現在安防監控、醫療影像、汽車安全等方面的應用。

5. VGA和HDMI

Lark Board集成CH7033B HDTV/VGA/DVI顯示編碼芯片，擁有靈活的圖像縮放引擎，簡單的數字音頻配置接口。顯示方面支持1080 HDMI輸出，VGA顯示器最大支持分辨率可以達到1920x1080。音頻方面支持SPDIF和雙通道I2S音頻輸入，高保真的音頻解碼引擎擁有高達192k/2ch的采樣率，支持PCB編碼數據和Dolby/DTS壓縮數字音頻。

6. LCD觸摸屏接口

Lark Board上的50Pin LCD觸摸屏接口可以支持最高24位的顏色數據，同時集成觸摸屏控制芯片，簡單實現坐標數據到標準SPI協議數據的轉換。

7. LNA(低噪音放大器)和ADC采樣

Lark Board集成雙通道3.3GHz射頻/中頻差分放大器和12位105MSPS的ADC，可以實現射頻、中頻模擬信號的放大、濾波、采樣等處理。用戶可以以此為原型，結合HPS FPGA的強大運算和圖像處理能力開發各類數據采集、分析和處理系統，如采樣示波器、軟件無線電基站、模擬/數字電視接收、GPS/雷達/聲納接收處理系統等。

8. 10/100/1000 Mbps以太網

Lark Board集成AR8035單網口10/100/1000Mbps以太網控制器，支持MAC端RGMII接口;提供低成本、低功耗的網絡解決方案。

9. USB PHY和Hub

Lark Board 包含USB3320高速USB2.0物理層收發器和USB2514 USB Hub，最大支持4個USB接口，可以實現輕松實現USB協議所包含的Host/Slave/OTG功能，和高速、全速及低速傳輸模式。

10. 數字攝像頭接口

Lark Board 包含一個30Pin的數字攝像頭接口，可以通過FPC(柔性電路板)連接攝像頭。最高支持12位的數字圖像輸入數據。

11. PCI-E X1/X4接口

Lark Board 包含PCI-E X1/X4擴展插槽，通過配置FPGA的硬核，可以輕松支持各類PCI-E的擴展應用卡。

12. RTC時鐘

Lark Board 包含DS3231時鐘芯片，通過板上的電池底座可以接入3V的紐扣鋰電池，實現系統掉電以后的時鐘管理。

13. HPS(硬核處理器系統)部分IO引腳擴展

未在板上直接利用或者有復用意義的HPS部分IO引腳通過標準的40Pin插座引出，方便用戶根據自身應用再做擴展和功能定制， 用戶可以輕松使用HPS集成的QSPI、SPI、I2C、UART、GPIO控制器。

14. FPGA部分IO引腳擴展

未在板上直接利用的FPGA部分IO管腳通過另外一個標準的40Pin插座引出，方便用戶根據自身應用再做擴展和功能定制，用戶可以通過配置FPGA內的硬核與邏輯資源，輕松實現各種高帶寬功能的定制應用，支持的傳輸協議包括LVDS、RSDS、SLVS、Mini-LVDS等。

Altera Cyclone SoC集成雙核Cortex A9 MPCore處理器，采用先進的28nm FPGA技術，其性能不可謂不強大。而正如文章開頭所提到的，無論一個藝術家多么的才華橫溢，都需要一個適合的舞臺來發揮所長，Lark Board的出現恰恰為這一強大的SoC提供了一個巨大的舞臺，在這個舞臺上能夠實現嵌入式設計所需要的低功耗、低成本、高帶寬，高可靠性、靈活定制和快速上市等優勢，滿足工業控制、醫療、汽車和監控等領域的應用要求源，再加上英蓓特科技在底層開發上的豐富經驗和定制設計服務，嵌入式應用和系統設計人員在開發過程中自然能夠達到事半功倍的效果。