实现基于ARM的嵌入式系统的可编程芯片系统方法

Altera ARMHPS（图4）在全功能HPS中结合了双核ARMCortex-A9 MPCore处理器、存储器控制器以及外设IP.28-nm 工艺节点的高性能双核ARMCortex-A9 MPCore 处理器工作速率高达800 MHz.双核配置实现了灵活的SoC FPGA 产品，其性能能够进一步满足未来的需求。内置NEON媒体处理引擎和双精度浮点单元为多媒体和信号处理应用提供了标准化加速功能。每个内核32 个32-KB Level-1 高速缓存，在512-KB 共享Level-2 高速缓存的支持下，通过减小延时和存储器访问时间，有助于提升性能。

图4. 基于ARM的硬核处理器系统简介

除了ARM内核本身，HPS还包括SDRAM控制器子系统、通用外设阵列，以及高速片内互联。外设组包括增强闪存控制器、MMC、DMA、USB 2.0、以太网、UART、SPI 和GPIO 接口。最后，Altera 独特的片内总线体系结构通过高速互联连接了HPS和FPGA，总带宽大于125-Gbps.

在片内Altera FPGA 中实现了专用逻辑。由于能够长期稳定的为Cyclone V 和Arria VFPGA 系列提供支持，Altera 产品在正常工作条件下，使用寿命一般能够达到20 年以上。

快速系统设计工具

Altera 的Quartus II 开发软件提供了高效的设计环境，帮助开发人员迅速实现基于ARM的SoC.所包含的Qsys系统集成工具在IP功能和子系统之间自动生成互联逻辑，从而显着缩短了设计时间，减轻了设计工作量。对于使用AMBA等通用接口标准和协议编写的IP，Qsys自动识别IP，将其与SoC 连接。利用这一工具，很容易实现重用功能，在一片SoC FPGA 中同时使用已有或者第三方IP单元以及不同的标准接口。此外，开发人员很容易利用现有的内容，迅速实现FPGA 开发。

软件开发

软件开发是开发嵌入式系统时非常重要的工作。出于这一原因，嵌入式软件开发人员一般使用名为“虚拟目标”的仿真环境，在能够使用硅片之前，编写、仿真并调试软件。利用Altera SoC FPGA 虚拟目标仿真环境，开发人员即使在拿到第一个硅片之前，也能够开始寄存器和二进制兼容软件开发。设计人员通过使用虚拟目标，提前完成大部分软件开发工作，降低了设计风险，更迅速的将产品推向市场。

结论

与以往相比，目前的嵌入式系统开发人员必须面对激烈的竞争，迅速应对多变的标准、协议和需求，以更少的资源满足越来越高的各种市场需求。含有硬核处理器内核的SoCFPGA 不但支持设计人员解决这些设计难题，而且还帮助他们获得了明显的产品及时面市、价格/ 性能、突出产品特点以及长寿命产品等优势。与传统方案相比，现在已经到达了一个关键点，基于FPGA 的SoC 成为可行而且是首选的方法，必将在市场上获得广泛应用。