内嵌ARM核的FPGA芯片EPXA10及其在图像驱动和处理方面的应用 处理器, 通用, 单片, 动态, 技术

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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EPXA10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EPXA10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

EPXA10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。

EPXA10内部结构框图如图1所示，主要分为嵌入式处理器和FPGA两部分。   




1.1 嵌入式微处理器ARM922T

EPXA10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

EPXA10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/O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

EPXA10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(EBI)，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。