AlteraCycloneV的Linux系統的搭建

徐波

摘 要：Altera Cyclone V SoC FPGA 在一個基于ARM的用戶可定制芯片系統（SoC），集成了分立處理器（HPS）、FPGA和數字信號處理（DSP）功能。本文主要介紹Altera Cyclone V SoC FPGA的Embedded Linux System搭建，集FPGA和ARM兩大優勢于一體，讓系統設計更加先進、靈活。

關鍵字：FPGA ARM SoC Linux

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（a）-0015-01

1 Linux系統搭建

Altera Cyclone V SoC FPGA的Embedded Linux System搭建是一個十分復雜的過程，包含如下幾個部分。

1.1 Linux系統搭建工具

（1）Quartus II，創建、編輯和編譯FPGA硬件設計。

（2）SoC EDS，創建設備樹、產生預加載源文件和硬件傳送信息。

（3）Yocto，生成U-boot、Linux內核、文件系統。

（4）ARM DS-5，應用軟件開發工具。

1.2 Linux系統搭建過程。

1.2.1 搭建Qsys系統

使用Quartus II創建一個Qsys工程，Alatra公司自己開發了一個Demo板，提供了Qsys的基礎搭建例程，這里使用已提供的“soc_system.qpf”，但是要正確運行Linux系統，還需要進行一些修正。

1.2.2 配置HPS系統

HPS內包含了雙核的ARM Cortex A9 處理器外，還有許多內建外設可以使用，在Qsys系統中雙擊 hps_0組件打開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等四個配置欄，根據硬件實際連接，進行相關配置，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用彈性。因為用戶可以通過Qsys配置和刪減ARM端外設，還可以添加與FPGA相連的組件。這些用戶自定義的設定在經過Qsys generate和Quartus II compile會產生出一些HPS和FPGA相關的配置文件。在進行軟件設計時，這些檔案可以通過BSP Editor轉換成Preloader需要的輸入檔案，以進一步生成Image文件。

1.2.4 生成Device Tree

Device Tree是一種有關硬件系統描述的數據結構，它可以描述整個系統上掛載了多少種類的硬件。通過device tree系統上的硬件信息都可以傳遞給OS（linux）。如此便可以不用在Kernel內放置大量的冗長的代碼。這樣的特性對于硬件里面有FPGA的情況下提供了很大的彈性與靈活性。

1.2.5 Yocto ProjectTM

進入Yocto網站，Yocto ProjectTM是一個開源的協作軟件，提供模板、工具和方法幫你創建定制的Linux系統和嵌入式產品，而無需關心硬件體系。下載基于Altera Cyclone V SoC FPGA的Linux系統相關資源包及編譯工具，進行內核的配置。

1.2.6 ARM DS-5

Altera版ARM DS-5是Altera提供的基于ARM Development Studio5工具包的特定設備，是一個強大的基于Eclispe的綜合集成開發環境，這里使用ARM DS-5進行Linux內核調試、外圍設備驅動調試，確保Linux能夠正確運行在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，設備樹、系統信息文件、Linux內核燒錄到SD中，這樣一個基于Altera Cyclone V SoC FPGA Embedded Linux系統制作完畢。

2 Linux系統測試

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中進行測試，將出現如圖1所示的信息。

3 結語

隨著FPGA技術的高速發展，芯片規模不斷提升，帶來了更強性能的同時，也實現了更低的功耗。RISC和FPGA結合使用，這樣電路設計的難度也就相應地增加了。而Altera的Cyclone V SoC將RISC硬核處理器系統和FPGA集成到一起實現了功能的互補，大大減小了硬件電路復雜性和體積，同時也降低了功耗，提高了系統可靠性。

參考文獻

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