AlteraCycloneV的Linux系統(tǒng)的搭建

徐波

摘 要：Altera Cyclone V SoC FPGA 在一個(gè)基于ARM的用戶可定制芯片系統(tǒng)（SoC），集成了分立處理器（HPS）、FPGA和數(shù)字信號(hào)處理（DSP）功能。本文主要介紹Altera Cyclone V SoC FPGA的Embedded Linux System搭建，集FPGA和ARM兩大優(yōu)勢(shì)于一體，讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加先進(jìn)、靈活。

關(guān)鍵字：FPGA ARM SoC Linux

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）12（a）-0015-01

1 Linux系統(tǒng)搭建

Altera Cyclone V SoC FPGA的Embedded Linux System搭建是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，包含如下幾個(gè)部分。

1.1 Linux系統(tǒng)搭建工具

（1）Quartus II，創(chuàng)建、編輯和編譯FPGA硬件設(shè)計(jì)。

（2）SoC EDS，創(chuàng)建設(shè)備樹(shù)、產(chǎn)生預(yù)加載源文件和硬件傳送信息。

（3）Yocto，生成U-boot、Linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)。

（4）ARM DS-5，應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)工具。

1.2 Linux系統(tǒng)搭建過(guò)程。

1.2.1 搭建Qsys系統(tǒng)

使用Quartus II創(chuàng)建一個(gè)Qsys工程，Alatra公司自己開(kāi)發(fā)了一個(gè)Demo板，提供了Qsys的基礎(chǔ)搭建例程，這里使用已提供的“soc_system.qpf”，但是要正確運(yùn)行Linux系統(tǒng)，還需要進(jìn)行一些修正。

1.2.2 配置HPS系統(tǒng)

HPS內(nèi)包含了雙核的ARM Cortex A9 處理器外，還有許多內(nèi)建外設(shè)可以使用，在Qsys系統(tǒng)中雙擊 hps_0組件打開(kāi)HPS配置窗口，查看HPS組件的配置信息，HPS屬性有FPGA Interfaces、Peripheral Pin Multiplexing、HPS Clocks和SDRAM等四個(gè)配置欄，根據(jù)硬件實(shí)際連接，進(jìn)行相關(guān)配置，配置完畢后，保存、編譯就是生成需要的“soc_sysytem.sof”文件。

1.2.3 生成Preload Iamge文件

Altera的SoC FPGA與ARM專用芯片相比其有比較靈活的應(yīng)用彈性。因?yàn)橛脩艨梢酝ㄟ^(guò)Qsys配置和刪減ARM端外設(shè)，還可以添加與FPGA相連的組件。這些用戶自定義的設(shè)定在經(jīng)過(guò)Qsys generate和Quartus II compile會(huì)產(chǎn)生出一些HPS和FPGA相關(guān)的配置文件。在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，這些檔案可以通過(guò)BSP Editor轉(zhuǎn)換成Preloader需要的輸入檔案，以進(jìn)一步生成Image文件。

1.2.4 生成Device Tree

Device Tree是一種有關(guān)硬件系統(tǒng)描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它可以描述整個(gè)系統(tǒng)上掛載了多少種類的硬件。通過(guò)device tree系統(tǒng)上的硬件信息都可以傳遞給OS（linux）。如此便可以不用在Kernel內(nèi)放置大量的冗長(zhǎng)的代碼。這樣的特性對(duì)于硬件里面有FPGA的情況下提供了很大的彈性與靈活性。

1.2.5 Yocto ProjectTM

進(jìn)入Yocto網(wǎng)站，Yocto ProjectTM是一個(gè)開(kāi)源的協(xié)作軟件，提供模板、工具和方法幫你創(chuàng)建定制的Linux系統(tǒng)和嵌入式產(chǎn)品，而無(wú)需關(guān)心硬件體系。下載基于Altera Cyclone V SoC FPGA的Linux系統(tǒng)相關(guān)資源包及編譯工具，進(jìn)行內(nèi)核的配置。

1.2.6 ARM DS-5

Altera版ARM DS-5是Altera提供的基于ARM Development Studio5工具包的特定設(shè)備，是一個(gè)強(qiáng)大的基于Eclispe的綜合集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，這里使用ARM DS-5進(jìn)行Linux內(nèi)核調(diào)試、外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)調(diào)試，確保Linux能夠正確運(yùn)行在Altera Cyclone V SoC FPGA。

1.2.7 制作Linux SD Card

完成上述步驟，將Preload Image鏡像文件，設(shè)備樹(shù)、系統(tǒng)信息文件、Linux內(nèi)核燒錄到SD中，這樣一個(gè)基于Altera Cyclone V SoC FPGA Embedded Linux系統(tǒng)制作完畢。

2 Linux系統(tǒng)測(cè)試

將制作完成的SoC_System.img鏡像文件，使用Win32SD工具燒錄到SD卡，將SD插入到Altera DE1_SoC中進(jìn)行測(cè)試，將出現(xiàn)如圖1所示的信息。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著FPGA技術(shù)的高速發(fā)展，芯片規(guī)模不斷提升，帶來(lái)了更強(qiáng)性能的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了更低的功耗。RISC和FPGA結(jié)合使用，這樣電路設(shè)計(jì)的難度也就相應(yīng)地增加了。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。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡志明，盧傳富，李立夏.精通QT編程（第2版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2] 陳健，宋健建.Linux程序設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[3] 黃照鶴.Linux指令范例速查手冊(cè)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[4] 陳永強(qiáng)，陶品，王篤強(qiáng).嵌入式Linux移植[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012（9）：67-68.endprint