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内嵌ARM核FPGA芯片EPXAl0及其在图像驱动应用

发布时间:2020-02-02 20:21:55 阅读: 来源:纱卡厂家

随着亚微米技术的发展,FPGA芯片密度不断增加,并以强大的并行计算能力和方便灵活的动态可重构性,被广泛地应用于各个领域。但是在复杂算法的实现上,FPGA却远没有32位RISC处理器灵活方便,所以在设计具有复杂算法和控制逻辑的系统时,往往需要RISC和FPGA结合使用。这样,电路设计的难度也就相应大大增加。随着第四代EDA开发工具的使用,特别是在IP核产业的迅猛发展下产生的SOPC技术的发展,使嵌入RISC的通用及标准的FPGA器件呼之欲出。单片集成的RISC处理器和FPGA大大减小了硬件电路的复杂性和体积,同时也降低了功耗、提高了系统可靠性。Altera公司的EPXAl0芯片就是应用SOPC技术,集高密度逻辑(FPGA)、存储器(SRAM)及嵌入式处理器(ARM)于单片可编程逻辑器件上,实现了速度与编程能力的完美结合。本文所介绍的图像驱动和处理系统正是应用了EPXAl0的这些特点,充分发挥了FPGA逻辑控制实现简单、对大量数据做简单处理速度快的优势以及ARM软件编程灵活的特点。

1 内嵌ARM核的FPGA芯片EPXA10及其主要特点

EPXAl0单片集成了ARM核、高密度的FPGA、存储器及接口和控制模块,不仅简化了ARM与FPGA之间的通讯,也使片外扩展存储器以及和外设通讯变得相对简单;同时通过在FPGA中嵌入各种IP核和用户控制逻辑可以实现各种接口和控制任务。这样的高度集成化不仅大大加快了ARM与片内各种资源的通讯速度,而且减小了硬件电路的复杂性、体积和功耗,真正实现了SOPC。

EPXAl0内部结构框图如图1所示式,主要分为嵌入处理器和FPGA两部分。

1.1嵌入式微处理器ARM922T

EPXAl0嵌入式处理器部分集成了业界领先的32位ARM处理器(ARM922T),工作频率可达200MHz;支持32位ARMv4T指令集和16位Thumb扩展指令集;具有全性能的内存管理单元以及8K的指令缓存和8K数据缓存,以支持实时操作系统(RTOS)、C语言和汇编语言。

1.2高密度的FPGA

EPXAl0片内FPGA部分具有1000000门可编程逻辑、3MB的内置RAM和512个可供用户使用的I/0管脚,可以通过嵌入各种IP核实现各种标准工业接口(如PCI、USB等)。

1.3先进的存储支持

EPXAl0嵌入式处理器部分集成了256KB单口SRAM和128KB双口SRAM;同时集成了两个先进的存储支持:(1)SDRAM控制器,用于控制单倍速/双倍速SDRAM。SDRAM的各种工作状态是依据信号线上提供的不同控制时序来确定的,实现起来非常复杂。有了SDRAM控制器的支持,只需要在Altera公司提供的EDA开发软件Quartus II中设置好SDRAM工作所需的各种参数,就可以按照直接给出指令、地址和数据的方式对SDRAM进行操作,控制器会自动将各种指令转化成SDRAM所需的工作时序,大大降低了对SDRAM的控制难度。(2)扩展总线接口(EBl),可外接4个存储设备,如闪速存储器、SRAM等,总容量高达128MB。其中EBI接口0外接闪速存储器,用于存储用户的软件、硬件设计代码。

1. 4方便的接口模块

EPXAl0嵌入式处理器部分嵌入了串口通讯模块(UART),可以不用编程直接实现ARM与超级终端之间的串行通讯,实时监视软件的运行情况。如果要实现计算机与ARM之间的数据传递存储,只需用户编写基于VC++语言的串口通讯程序,这需要用到Microsoft公司提供的MSComm串行通讯控件。

1.5灵活的启动方式

EPXAl0共有两种启动方式:(1)从ARM启动。这种启动方式需要将设计下载到片外闪速存储器中,而且设计中必须包含对ARM的应用。启动时ARM为主动,配置各种寄存器及FPGA,执行软件代码。(2)从FPGA启动。这种启动方式需要将设计下载到片外E2PROM中,而且设计中可以只包含FPGA部分的应用。启动时PP-GA为主动,ARM处于复位状态,配置完成后,如果有对ARM的应用,则ARM解除复位,执行软件代码;反之,ARM一直处于复位状态。

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