FPGA開發(fā)從邏輯設(shè)計做起，結(jié)合軟+硬+系統(tǒng)很重要

大多數(shù)FPGA設(shè)計者從邏輯設(shè)計做起，對軟件級設(shè)計接觸不多，但目前的項目中都少不了處理器軟件C的設(shè)計，下面接著看下《UltraFast 嵌入式設(shè)計方法指南》中關(guān)于軟件設(shè)計方面的內(nèi)容，主要分3部分：軟件設(shè)計需要考慮的事項、設(shè)計流程及調(diào)試等。

1. 軟件設(shè)計考慮事項

軟件設(shè)計時，需要先搭建一個處理器到系統(tǒng)中，處理器可以是硬核（如ZYNQ的ARM），也可以是軟核（如NIOS II），所有的內(nèi)容均圍繞處理器方面設(shè)計展開：處理器配置，操作系統(tǒng)選擇，庫和中間件，啟動加載器，軟件開發(fā)工具（SDK）。

• 處理器配置：配置核心頻率、多處理單元協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)程序存儲空間分配、中斷等；

• 操作系統(tǒng)選擇：選擇操作系統(tǒng)活著裸跑；

• 庫和中間件：方便設(shè)計者高效的使用底層硬件的過渡層接口；

• 啟動加載器：方便操作系統(tǒng)的BOOT設(shè)計；

• 軟件開發(fā)工具：C開發(fā)環(huán)境，類似NIOS IDE開發(fā)環(huán)境。

當(dāng)我們自己在邏輯部分設(shè)計了一個底層邏輯后通過接口（一般是總線接口）連接到處理器后，也可以自定義自己的操作接口，通過SDK來操作底層邏輯。如三角函數(shù)處理器運算太慢，可以在邏輯中設(shè)計一個三角函數(shù)后SDK中只需將運算的數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)reg中后得到運算結(jié)果，這就實現(xiàn)了硬軟件協(xié)調(diào)處理功能。

2. 軟件設(shè)計流程

軟件設(shè)計流程如下圖：

其中：

• 板啟動開發(fā)工作包括開發(fā)低級固件、設(shè)置啟動次序、針對接口和外設(shè)的基本測試，劃分了下列階段：PS 初始化 ，PL 配置 ，儲存器和外設(shè)測試，軟件和硬件調(diào)試；

• 驅(qū)動開發(fā)為 SoC 和板載外設(shè)開發(fā)軟件驅(qū)動，用于為OS或裸機(jī)應(yīng)用等更高軟件層建立接口；

• 針對裸機(jī)或 Linux 或 FreeRTOS 等操作系統(tǒng)開發(fā)出了相關(guān)可運行應(yīng)用。

設(shè)計中要注重層次，多學(xué)習(xí)C++等高級語言設(shè)計技巧，這樣可以保證設(shè)計的簡潔和可維護(hù)性，一般FPGA對C設(shè)計接觸比較少從業(yè)者寫的C代碼一團(tuán)亂麻。

3. 調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試中，PL部分就是我們常用的Modelsim仿真+在線邏輯分析儀等，PS部分就是斷點、單步，查看內(nèi)存等。關(guān)于調(diào)試的經(jīng)驗技巧下次搞篇文章分享。

軟件調(diào)試中，需要在處理器配置配置合適的的選項，SDK中靈活使用，同時需要注意：調(diào)試完成得到最終發(fā)行版本時，記得去掉在線邏輯分析儀和處理器JTAG配置，因為這樣會省掉不少資源，時序和功耗當(dāng)然會更好。

4. 其它

理解啟動加載器的流程對理解軟硬件協(xié)同+Linux有很大幫助:

在為SoC 加電時，啟動過程從BootROM 開始。啟動過程先從片上儲存器 (OCM) 加載然后啟動執(zhí)行第一階段啟動加載器 (FSBL)。FSBL負(fù)責(zé)配置具體的初始化。

然后根據(jù)軟件架構(gòu)，第二階段啟動加載器，如使用嵌入式 Linux 時的 U-Boot進(jìn)行初始化并執(zhí)行。 FSBL 和/或 SSBL 啟動 RTOS 或嵌入式 Linux 以及應(yīng)用代碼。如果沒有操作系統(tǒng)，則是裸跑，好多步都沒有。簡單說裸跑就是51單片機(jī)C程序開發(fā)，而跑系統(tǒng)則是ARM高端應(yīng)用程序開發(fā)，原理性相差不大，可以自己查閱資料了解，不需要馬上都懂，因為隨著時間和經(jīng)驗的積累，這些你會慢慢要了解并使用鞏固。

5. 總結(jié)

FPGA大多是邏輯開發(fā)者，但只做邏輯的話局限性太大，而且現(xiàn)在的趨勢也是FPGA軟件話了，SDSOC就是證明。所以，我們應(yīng)該提前擴(kuò)充知識面，而且你會發(fā)現(xiàn)復(fù)雜軟件設(shè)計和操作系統(tǒng)經(jīng)驗上有很多技巧也可以借鑒，更好地借鑒能幫助我們軟+硬+系統(tǒng)結(jié)合，設(shè)計出更有成就感的架構(gòu)應(yīng)用于項目中。