Lark Board評估板 Cyclone V SoC的專(zhuān)用舞臺

隨著(zhù)FPGA技術(shù)的高速發(fā)展，芯片規模不斷提升，帶來(lái)了更強的性能的同時(shí)，也實(shí)現了更低的功耗。FPGA憑借其強大的并行信號處理能力，在應對控制復雜度低、數據量大的運算時(shí)具有較強的優(yōu)勢。但是在復雜算法的實(shí)現上，FPGA卻遠沒(méi)有32位精簡(jiǎn)指令集計算機(RISC)處理器靈活方便，所以在設計具有復雜算法和控制邏輯的系統時(shí)，往往需要RISC和FPGA結合使用。這樣電路設計的難度也就相應地增加。而Altera的Cyclone V SoC將RISC硬核處理器系統和FPGA集成到一起實(shí)現了功能的互補，大大減小了硬件電路復雜性和體積，同時(shí)也降低了功耗，提高了系統可靠性。這針對嵌入式開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)絕對是一種福音，因為這一架構意味著(zhù)更高的系統性能、更低的功耗(相對于雙芯片的解決方案)、更小的電路板面積和更低的系統成本。然而，就像一個(gè)才華橫溢的藝術(shù)家需要一個(gè)量身定做的舞臺才能讓觀(guān)眾有嘆為觀(guān)止的印象，再強大的芯片也需要設計優(yōu)秀的外圍電路和接口才能發(fā)揮其所長(cháng)，而這正是英蓓特開(kāi)發(fā)最新的Lark Board評估板的最終目的，即為Altera Cyclone V SoC提供一個(gè)任意施展的舞臺。

(Cyclone V SoC的框圖)

Lark Board評估板根據該SoC的三大核心資源(即傳統FPGA通用IO與邏輯、傳統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(xiàn)調試功能、TF卡及eMMC啟動(dòng)、HPS與FPGA各自獨享1GB DDR3內存、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、數字攝像頭接口、PCIEX1/X4接口、RTC、HPS和FPGA部分擴展等等豐富的擴展接口和硬件資源。下面是Lark Board系統框圖，清晰的展現了該評估板如何挖掘Cyclone V的各種功能。

下面讓我們來(lái)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(zhuān)門(mén)為其設計的舞臺上盡情的發(fā)揮。

(Lark Board實(shí)物圖)

1. 板載USB Blaster II

JTAG及USB Blaster II是FPGA開(kāi)發(fā)的基本調試工具。Embest作為Altera戰略合作伙伴，得到Altera授權在Lark Board上使用在線(xiàn)的USB Blaster II，提高FPGA調試的效率和可靠性，省去用戶(hù)購買(mǎi)外接Blaster的麻煩，同時(shí)也杜絕了因為用戶(hù)疏忽忘記關(guān)電導致熱插拔外接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(kāi)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(hù)可以自行選擇從eMMC或者TF Card啟動(dòng)。

3. 板載DDR3存儲器

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(guò)內部的橋接可以實(shí)現相互訪(fǎng)問(wèn)，最大訪(fǎng)問(wèn)空間為1GB，速度最高可達800MHz (1600Mbps)。

4. SDI高清輸入和輸出

通過(guò)配置SoC自帶的SDI收發(fā)器，以及板上集成的LMH0303線(xiàn)纜驅動(dòng)器和LMH0384均衡器，Lark Board 可以采用SMB同軸線(xiàn)實(shí)現與高清IP Camera或者DVR相接，實(shí)現在安防監控、醫療影像、汽車(chē)安全等方面的應用。

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192k/2ch的采樣率，支持PCB編碼數據和Dolby/DTS壓縮數字音頻。

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位的顏色數據，同時(shí)集成觸摸屏控制芯片，簡(jiǎn)單實(shí)現坐標數據到標準SPI協(xié)議數據的轉換。

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)現射頻、中頻模擬信號的放大、濾波、采樣等處理。用戶(hù)可以以此為原型，結合HPS FPGA的強大運算和圖像處理能力開(kāi)發(fā)各類(lèi)數據采集、分析和處理系統，如采樣示波器、軟件無(wú)線(xiàn)電基站、模擬/數字電視接收、GPS/雷達/聲納接收處理系統等。

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)現輕松實(shí)現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. 數字攝像頭接口

Lark Board 包含一個(gè)30Pin的數字攝像頭接口，可以通過(guò)FPC(柔性電路板)連接攝像頭。最高支持12位的數字圖像輸入數據。

11. PCI-E X1/X4接口

Lark Board 包含PCI-E X1/X4擴展插槽，通過(guò)配置FPGA的硬核，可以輕松支持各類(lèi)PCI-E的擴展應用卡。

12. RTC時(shí)鐘

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

13. HPS(硬核處理器系統)部分IO引腳擴展

未在板上直接利用或者有復用意義的HPS部分IO引腳通過(guò)標準的40Pin插座引出，方便用戶(hù)根據自身應用再做擴展和功能定制， 用戶(hù)可以輕松使用HPS集成的QSPI、SPI、I2C、UART、GPIO控制器。

14. FPGA部分IO引腳擴展

未在板上直接利用的FPGA部分IO管腳通過(guò)另外一個(gè)標準的40Pin插座引出，方便用戶(hù)根據自身應用再做擴展和功能定制，用戶(hù)可以通過(guò)配置FPGA內的硬核與邏輯資源，輕松實(shí)現各種高帶寬功能的定制應用，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)，其性能不可謂不強大。而正如文章開(kāi)頭所提到的，無(wú)論一個(gè)藝術(shù)家多么的才華橫溢，都需要一個(gè)適合的舞臺來(lái)發(fā)揮所長(cháng)，Lark Board的出現恰恰為這一強大的SoC提供了一個(gè)巨大的舞臺，在這個(gè)舞臺上能夠實(shí)現嵌入式設計所需要的低功耗、低成本、高帶寬，高可靠性、靈活定制和快速上市等優(yōu)勢，滿(mǎn)足工業(yè)控制、醫療、汽車(chē)和監控等領(lǐng)域的應用要求源，再加上英蓓特科技在底層開(kāi)發(fā)上的豐富經(jīng)驗和定制設計服務(wù)，嵌入式應用和系統設計人員在開(kāi)發(fā)過(guò)程中自然能夠達到事半功倍的效果。