Lark Board評(píng)估板 Cyclone V SoC的專用舞臺(tái)

隨著FPGA技術(shù)的高速發(fā)展，芯片規(guī)模不斷提升，帶來了更強(qiáng)的性能的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了更低的功耗。FPGA憑借其強(qiáng)大的并行信號(hào)處理能力，在應(yīng)對(duì)控制復(fù)雜度低、數(shù)據(jù)量大的運(yùn)算時(shí)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。但是在復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)上，FPGA卻遠(yuǎn)沒有32位精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(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)地增加。而Altera的Cyclone V SoC將RISC硬核處理器系統(tǒng)和FPGA集成到一起實(shí)現(xiàn)了功能的互補(bǔ)，大大減小了硬件電路復(fù)雜性和體積，同時(shí)也降低了功耗，提高了系統(tǒng)可靠性。這針對(duì)嵌入式開發(fā)者來說絕對(duì)是一種福音，因?yàn)檫@一架構(gòu)意味著更高的系統(tǒng)性能、更低的功耗(相對(duì)于雙芯片的解決方案)、更小的電路板面積和更低的系統(tǒng)成本。然而，就像一個(gè)才華橫溢的藝術(shù)家需要一個(gè)量身定做的舞臺(tái)才能讓觀眾有嘆為觀止的印象，再?gòu)?qiáng)大的芯片也需要設(shè)計(jì)優(yōu)秀的外圍電路和接口才能發(fā)揮其所長(zhǎng)，而這正是英蓓特開發(fā)最新的Lark Board評(píng)估板的最終目的，即為Altera Cyclone V SoC提供一個(gè)任意施展的舞臺(tái)。

(Cyclone V SoC的框圖)

Lark Board評(píng)估板根據(jù)該SoC的三大核心資源(即傳統(tǒng)FPGA通用IO與邏輯、傳統(tǒng)ARM通用IO以及控制器和高速差分收發(fā)器)進(jìn)行了定制，提供了板載USB Blaster II JTAG在線調(diào)試功能、TF卡及eMMC啟動(dòng)、HPS與FPGA各自獨(dú)享1GB DDR3內(nèi)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(wǎng)、USBx4接口、數(shù)字?jǐn)z像頭接口、PCIEX1/X4接口、RTC、HPS和FPGA部分?jǐn)U展等等豐富的擴(kuò)展接口和硬件資源。下面是Lark Board系統(tǒng)框圖，清晰的展現(xiàn)了該評(píng)估板如何挖掘Cyclone V的各種功能。

下面讓我們來逐個(gè)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(gè)專門為其設(shè)計(jì)的舞臺(tái)上盡情的發(fā)揮。

(Lark Board實(shí)物圖)

1. 板載USB Blaster II

JTAG及USB Blaster II是FPGA開發(fā)的基本調(diào)試工具。Embest作為Altera戰(zhàn)略合作伙伴，得到Altera授權(quán)在Lark Board上使用在線的USB Blaster II，提高FPGA調(diào)試的效率和可靠性，省去用戶購(gòu)買外接Blaster的麻煩，同時(shí)也杜絕了因?yàn)橛脩羰韬鐾涥P(guān)電導(dǎo)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(fā)環(huán)境。

2. 支持TF卡和eMMC啟動(dòng) -

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(dòng)。

3. 板載DDR3存儲(chǔ)器

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

4. SDI高清輸入和輸出

通過配置SoC自帶的SDI收發(fā)器，以及板上集成的LMH0303線纜驅(qū)動(dòng)器和LMH0384均衡器，Lark Board 可以采用SMB同軸線實(shí)現(xiàn)與高清IP Camera或者DVR相接，實(shí)現(xiàn)在安防監(jiān)控、醫(yī)療影像、汽車安全等方面的應(yīng)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(jiǎn)單的數(shù)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(dá)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(dá)192k/2ch的采樣率，支持PCB編碼數(shù)據(jù)和Dolby/DTS壓縮數(shù)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(shù)據(jù)，同時(shí)集成觸摸屏控制芯片，簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)到標(biāo)準(zhǔn)SPI協(xié)議數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)射頻、中頻模擬信號(hào)的放大、濾波、采樣等處理。用戶可以以此為原型，結(jié)合HPS FPGA的強(qiáng)大運(yùn)算和圖像處理能力開發(fā)各類數(shù)據(jù)采集、分析和處理系統(tǒng)，如采樣示波器、軟件無線電基站、模擬/數(shù)字電視接收、GPS/雷達(dá)/聲納接收處理系統(tǒng)等。

8. 10/100/1000 Mbps以太網(wǎng)

Lark Board集成AR8035單網(wǎng)口10/100/1000Mbps以太網(wǎng)控制器，支持MAC端RGMII接口;提供低成本、低功耗的網(wǎng)絡(luò)解決方案。

9. USB PHY和Hub

Lark Board 包含USB3320高速USB2.0物理層收發(fā)器和USB2514 USB Hub，最大支持4個(gè)USB接口，可以實(shí)現(xiàn)輕松實(shí)現(xiàn)USB協(xié)議所包含的Host/Slave/OTG功能，和高速、全速及低速傳輸模式。

10. 數(shù)字?jǐn)z像頭接口

Lark Board 包含一個(gè)30Pin的數(shù)字?jǐn)z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(shù)字圖像輸入數(shù)據(jù)。

11. PCI-E X1/X4接口

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

12. RTC時(shí)鐘

Lark Board 包含DS3231時(shí)鐘芯片，通過板上的電池底座可以接入3V的紐扣鋰電池，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)掉電以后的時(shí)鐘管理。

13. HPS(硬核處理器系統(tǒng))部分IO引腳擴(kuò)展

未在板上直接利用或者有復(fù)用意義的HPS部分IO引腳通過標(biāo)準(zhǔn)的40Pin插座引出，方便用戶根據(jù)自身應(yīng)用再做擴(kuò)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(kuò)展

未在板上直接利用的FPGA部分IO管腳通過另外一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的40Pin插座引出，方便用戶根據(jù)自身應(yīng)用再做擴(kuò)展和功能定制，用戶可以通過配置FPGA內(nèi)的硬核與邏輯資源，輕松實(shí)現(xiàn)各種高帶寬功能的定制應(yīng)用，支持的傳輸協(xié)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(jìn)的28nm FPGA技術(shù)，其性能不可謂不強(qiáng)大。而正如文章開頭所提到的，無論一個(gè)藝術(shù)家多么的才華橫溢，都需要一個(gè)適合的舞臺(tái)來發(fā)揮所長(zhǎng)，Lark Board的出現(xiàn)恰恰為這一強(qiáng)大的SoC提供了一個(gè)巨大的舞臺(tái)，在這個(gè)舞臺(tái)上能夠?qū)崿F(xiàn)嵌入式設(shè)計(jì)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(yōu)勢(shì)，滿足工業(yè)控制、醫(yī)療、汽車和監(jiān)控等領(lǐng)域的應(yīng)用要求源，再加上英蓓特科技在底層開發(fā)上的豐富經(jīng)驗(yàn)和定制設(shè)計(jì)服務(wù)，嵌入式應(yīng)用和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在開發(fā)過程中自然能夠達(dá)到事半功倍的效果。