隨著亞微米技術(shù)的發(fā)展，fpga芯片密度不斷增加，并以強(qiáng)大的并行計(jì)算能力和方便靈活的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)性，被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。但是在復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)上，fpga卻遠(yuǎn)沒有32位risc處理器靈活方便，所以在設(shè)計(jì)具有復(fù)雜算法和控制邏輯的系統(tǒng)時(shí)，往往需要risc和fpga結(jié)合使用。這樣，電路設(shè)計(jì)的難度也就相應(yīng)大大增加。隨著第四代eda開發(fā)工具的使用，特別是在ip核產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展下產(chǎn)生的sopc技術(shù)的發(fā)展，使嵌入risc的通用及標(biāo)準(zhǔn)的fpga器件呼之欲出。單片集成的risc處理器和fpga大大減小了硬件電路的復(fù)雜性和體積，同時(shí)也降低了功耗、提高了系統(tǒng)可靠性。altera公司的epxa10芯片就是應(yīng)用sopc技術(shù)，集高密度邏輯(fpga)、存儲(chǔ)器(sram)及嵌入式處理器(arm)于單片可編程邏輯器件上，實(shí)現(xiàn)了速度與編程能力的完美結(jié)合。本文所介紹的圖像驅(qū)動(dòng)和處理系統(tǒng)正是應(yīng)用了epxa10的這些特點(diǎn)，充分發(fā)揮了fpga邏輯控制實(shí)現(xiàn)簡單、對大量數(shù)據(jù)做簡單處理速度快的優(yōu)勢以及arm軟件編程靈活的特點(diǎn)。

    1 內(nèi)嵌arm核的fpga芯片epxa10及其主要特點(diǎn)

    epxa10單片集成了arm核、高密度的fpga、存儲(chǔ)器及接口和控制模塊，不僅簡化了arm與fpga之間的通訊，也使片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器以及和外設(shè)通訊變得相對簡單；同時(shí)通過在fpga中嵌入各種ip核和用戶控制邏輯可以實(shí)現(xiàn)各種接口和控制任務(wù)。這樣的高度集成化不僅大大加快了arm與片內(nèi)各種資源的通訊速度，而且減小了硬件電路的復(fù)雜性、體積和功耗，真正實(shí)現(xiàn)了sopc。

    epxa10內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要分為嵌入式處理器和fpga兩部分。

    1.1 嵌入式微處理器arm922t

    epxa10嵌入式處理器部分集成了業(yè)界領(lǐng)先的32位arm處理器(arm922t)，工作頻率可達(dá)200mhz；支持32位armv4t指令集和16位thumb擴(kuò)展指令集；具有全性能的內(nèi)存管理單元以及8k的指令緩存和8k數(shù)據(jù)緩存，以支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(rtos)、c語言和匯編語言。

    1.2 高密度的fpga

    epxa10片內(nèi)fpga部分具有1000000門可編程邏輯、3mb的內(nèi)置ram和512個(gè)可供用戶使用的i/o管腳，可以通過嵌入各種ip核實(shí)現(xiàn)各種標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)接口(如pci、usb等)。

    1.3 先進(jìn)的存儲(chǔ)支持

    epxa10嵌入式處理器部分集成了256kb單口sram和128kb雙口sram；同時(shí)集成了兩個(gè)先進(jìn)的存儲(chǔ)支持：(1)sdram控制器，用于控制單倍速/雙倍速sdram。sdram的各種工作狀態(tài)是依據(jù)信號線上提供的不同控制時(shí)序來確定的，實(shí)現(xiàn)起來非常復(fù)雜。有了sdram 控制器的支持，只需要在altera公司提供的eda開發(fā)軟件quartus ii中設(shè)置好sdram工作所需的各種參數(shù)，就可以按照直接給出指令、地址和數(shù)據(jù)的方式對sdram進(jìn)行操作，控制器會(huì)自動(dòng)將各種指令轉(zhuǎn)化成sdram所需的工作時(shí)序，大大降低了對sdram的控制難度。(2)擴(kuò)展總線接口(ebi)，可外接4個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備，如閃速存儲(chǔ)器、sram等，總?cè)萘扛哌_(dá)128mb。其中ebi接口0外接閃速存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)用戶的軟件、硬件設(shè)計(jì)代碼。

    1.4 方便的接口模塊

    epxa10嵌入式處理器部分嵌入了串口通訊模塊(uart)，可以不用編程直接實(shí)現(xiàn)arm與超級終端之間的串行通訊，實(shí)時(shí)監(jiān)視軟件的運(yùn)行情況。如果要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與arm之間的數(shù)據(jù)傳遞存儲(chǔ)，只需用戶編寫基于vc++語言的串口通訊程序，這需要用到microsoft公司提供的mscomm串行通訊控件。

    1.5 靈活的啟動(dòng)方式

    epxa10共有兩種啟動(dòng)方式：(1)從arm啟動(dòng)。這種啟動(dòng)方式需要將設(shè)計(jì)下載到片外閃速存儲(chǔ)器中，而且設(shè)計(jì)中必須包含對arm的應(yīng)用。啟動(dòng)時(shí)arm為主動(dòng)，配置各種寄存器及fpga，執(zhí)行軟件代碼。(2)從fpga啟動(dòng)。這種啟動(dòng)方式需要將設(shè)計(jì)下載到片外e2prom中，而且設(shè)計(jì)中可以只包含fpga部分的應(yīng)用。啟動(dòng)時(shí)fpga為主動(dòng)，arm處于復(fù)位狀態(tài)，配置完成后，如果有對arm的應(yīng)用，則arm解除復(fù)位，執(zhí)行軟件代碼；反之，arm一直處于復(fù)位狀態(tài)。

    2 epxa10的工作方式

    epxa10嵌入式處理器部分提供了兩條32位amba微控制器總線ahb1、ahb2，分別用于片內(nèi)各種資源的通訊，如圖1所示�；赼hb1、ahb2總線，epxa10的工作方式大致可分為三種：(1)arm作為ahb1總線的主控，直接訪問ahb1總線的從屬資源，包括sdram 控制器、片上sram、中斷控制器等。(2)arm作為ahb1總線的主控，通過ahb1-2 橋訪問ahb2總線上的從屬資源，包括uart、ebi、sram、stripe-to-pld 橋等，同時(shí)通過stripe-to-pld橋?qū)pga進(jìn)行訪問和