AN 886: Intel® Agilex™ SoC器件设计指南

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ID 683634
日期 1/22/2021
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文档目录 x
1. 介绍 Intel® Agilex™ 器件设计指南 2. 系统规范 3. 器件选择 4. 安全考量 5. 设计条目 6. 电路板和软件考量 7. 设计实现、分析、优化和验证 8. 调试 9. Intel® Agilex™ SoC FPGA嵌入式软件设计指南
1. 介绍 Intel® Agilex™ 器件设计指南 x
1.1. 设计流程 1.2. Intel® Agilex™ 器件设计指南介绍修订历史
2. 系统规范 x
2.1. 设计规范 2.2. 安装 Intel® Quartus® Prime 软件 2.3. IP选择 2.4. 仿真 2.5. 准备设计条目 2.6. I/O摘要 2.7. 在器件中使用 Intel® Agilex™ HPS 2.8. 系统规范修订历史
2.3. IP选择 x
2.3.1. 评估可用HPS IP 2.3.2. 选择软IP和I/O接口
2.3.2. 选择软IP和I/O接口 x
2.3.2.1. IP核
2.5. 准备设计条目 x
2.5.1. 代码风格和设计建议 2.5.2. Platform Designer
3. 器件选择 x
3.1. 器件种类 3.2. PLL和时钟布线 3.3. 逻辑、存储器和乘法器密集度 3.4. I/O管脚数、LVDS SERDES通道和封装形式 3.5. 速度等级 3.6. 纵向器件移植 3.7. 器件选择修订历史
4. 安全考量 x
4.1. 安全考量修订历史
5. 设计条目 x
5.1. SoC器件的设计条目 5.2. 仅FPGA器件的设计条目 5.3. EMIF考量 5.4. Nios® II 5.5. 收发器规划 5.6. 重新配置 5.7. 设计条目修订历史
5.1. SoC器件的设计条目 x
5.1.1. 防火墙规划 5.1.2. 引导与配置考量 5.1.3. HPS时钟和复位设计考量 5.1.4. 复位配置 5.1.5. HPS管脚复用设计考量 5.1.6. HPS I/O设置：约束和驱动强度 5.1.7. HPS接口设计指南 5.1.8. FPGA和HPS之间的接口 5.1.9. 实现 Intel® Agilex™ HPS组件
5.1.2. 引导与配置考量 x
5.1.2.1. 选择HPS引导选项 5.1.2.2. 配置源 5.1.2.3. 远程系统更新(RSU)
5.1.3. HPS时钟和复位设计考量 x
5.1.3.1. HPS时钟规划 5.1.3.2. 早期管脚规划与I/O约束分析 5.1.3.3. HPS时钟，复位和PoR的管脚功能与连接 5.1.3.4. Remote System Update (RSU) 功能的Direct to Factory Pin支持 5.1.3.5. 内部时钟 5.1.3.6. HPS外设复位管理
5.1.4. 复位配置 x
5.1.4.1. HPS外设复位管理 5.1.4.2. 系统复位考量
5.1.7. HPS接口设计指南 x
5.1.7.1. 选择PHY接口的设计考量 5.1.7.2. USB接口设计指南 5.1.7.3. SD/MMC和eMMC Card接口设计指南 5.1.7.4. Flash接口设计指南 5.1.7.5. UART接口设计指南 5.1.7.6. I2C接口设计指南
5.1.7.1. 选择PHY接口的设计考量 x
5.1.7.1.1. HPS EMAC PHY接口 5.1.7.1.2. RMII和RGMII PHY接口 5.1.7.1.3. 通过FPGA I/O连接的PHY接口 5.1.7.1.4. 考虑器件驱动器可用性 5.1.7.1.5. MDIO 5.1.7.1.6. 信号完整性
5.1.7.4. Flash接口设计指南 x
5.1.7.4.1. NAND Flash接口设计指南
5.1.8. FPGA和HPS之间的接口 x
5.1.8.1. HPS存储器映射接口概述 5.1.8.2. 建议的系统拓扑 5.1.8.3. SoC-to-FPGA接口设计的建议起点 5.1.8.4. 有关如何配置和使用桥接的信息
5.1.8.1. HPS存储器映射接口概述 x
5.1.8.1.1. SoC-to-FPGA桥接 5.1.8.1.2. 轻量级SoC-to-FPGA桥接 5.1.8.1.3. FPGA-to-SoC桥接 5.1.8.1.4. 接口带宽
5.1.8.2. 建议的系统拓扑 x
5.1.8.2.1. 系统级高速缓存一致性 5.1.8.2.2. HPS访问到FPGA架构 5.1.8.2.3. MPU与FPGA共享数据 5.1.8.2.4. 从FPGA进行可高速缓存和不可高速缓存数据访问的实例
5.2. 仅FPGA器件的设计条目 x
5.2.1. 时钟和复位设计考量 5.2.2. I/O和时钟规划
5.2.2. I/O和时钟规划 x
5.2.2.1. 实现FPGA管脚分配 5.2.2.2. FPGA器件的早期管脚规划与I/O分配分析 5.2.2.3. I/O特性与管脚连接 5.2.2.4. 时钟和PLL选择 5.2.2.5. PLL特性指南 5.2.2.6. 时钟控制特性 5.2.2.7. I/O同步开关噪声
5.2.2.3. I/O特性与管脚连接 x
5.2.2.3.1. I/O信令类型 5.2.2.3.2. 可选的I/O标准和灵活的I/O Bank检查表 5.2.2.3.3. 两用和特殊管脚连接 5.2.2.3.4. Intel® Agilex™ I/O特性
5.2.2.5. PLL特性指南 x
5.2.2.5.1. 时钟反馈模式 5.2.2.5.2. 时钟输出
5.3. EMIF考量 x
5.3.1. 存储器接口 5.3.2. HPS EMIF设计考量 5.3.3. FPGA EMIF设计考量
5.3.2. HPS EMIF设计考量 x
5.3.2.1. HPS连接SDRAM的注意事项 5.3.2.2. HPS EMIF I/O位置 5.3.2.3. HPS存储器调试
6. 电路板和软件考量 x
6.1. 系统和电路板早期规划 6.2. Intel® Agilex™ SoC FPGA的电路板设计指南 6.3. 电路板设计的管脚连接考量 6.4. 电路板考量修订历史
6.1. 系统和电路板早期规划 x
6.1.1. SmartVID 6.1.2. 早期功耗评估 6.1.3. 散热管理和设计 6.1.4. 使用温度感应的散热管理 6.1.5. 电压传感器 6.1.6. 器件上电 6.1.7. 电源管脚连接和电源 6.1.8. 器件配置规划
6.1.7. 电源管脚连接和电源 x
6.1.7.1. 去耦电容 6.1.7.2. PLL电路板设计指南 6.1.7.3. 收发器电路板设计指南
6.1.8. 器件配置规划 x
6.1.8.1. 器件上电循环和重新配置 6.1.8.2. 配置方案选择 6.1.8.3. 配置特性 6.1.8.4. Intel® Quartus® Prime配置设置 6.1.8.5. 配置管脚连接
6.1.8.2. 配置方案选择 x
6.1.8.2.1. 串行配置器件 6.1.8.2.2. 下载电缆
6.1.8.4. Intel® Quartus® Prime配置设置 x
6.1.8.4.1. 可选配置管脚 6.1.8.4.2. 两用配置管脚
6.1.8.5. 配置管脚连接 x
6.1.8.5.1. 配置管脚电压电平 6.1.8.5.2. 时钟走线信号完整性 6.1.8.5.3. JTAG引脚 6.1.8.5.4. MSEL配置模式管脚 6.1.8.5.5. 其他配置管脚
6.2. Intel® Agilex™ SoC FPGA的电路板设计指南 x
6.2.1. HPS的边界扫描 6.2.2. 嵌入式软件调试和跟踪
6.3. 电路板设计的管脚连接考量 x
6.3.1. 与电路板相关的 Intel® Quartus® Prime设置 6.3.2. 信号完整性考量 6.3.3. 板级仿真和高级I/O时序分析
6.3.1. 与电路板相关的 Intel® Quartus® Prime设置 x
6.3.1.1. 未使用的管脚
6.3.2. 信号完整性考量 x
6.3.2.1. 高速电路板设计 6.3.2.2. 电压参考管脚 6.3.2.3. 同步开关噪声 6.3.2.4. I/O终端匹配
7. 设计实现、分析、优化和验证 x
7.1. 选择综合工具 7.2. 器件资源利用报告 7.3. Intel® Quartus® Prime消息 7.4. 时序约束和分析 7.5. 面积与时序优化 7.6. 保留性能和减少编译时间 7.7. 使用 Intel® Hyperflex™ 进行设计 7.8. 仿真 7.9. 功耗分析（Power Analysis） 7.10. 功耗优化 7.11. 设计实现、分析、优化和验证修订历史
7.4. 时序约束和分析 x
7.4.1. 建议的时序优化和分析约束
7.10. 功耗优化 x
7.10.1. 器件和设计功耗优化技术 7.10.2. Intel® Quartus® Prime功耗优化技术
7.10.1. 器件和设计功耗优化技术 x
7.10.1.1. 器件速度等级 7.10.1.2. 时钟电源管理 7.10.1.3. 降低存储器功耗 7.10.1.4. I/O功耗指南
7.10.2. Intel® Quartus® Prime功耗优化技术 x
7.10.2.1. Power Optimization Advisor
8. 调试 x
8.1. 片上调试概述 8.2. 片上调试工具 8.3. 调试的修订历史
8.1. 片上调试概述 x
8.1.1. 调试工具规划指导
9. Intel® Agilex™ SoC FPGA嵌入式软件设计指南 x
9.1. 概述 9.2. Golden Hardware Reference Design (GHRD) 9.3. 定义软件要求 9.4. 定义软件体系结构 9.5. 选择软件工具 9.6. 选择Bootloader软件 9.7. 选择应用程序的操作系统 9.8. 组装Linux*的软件开发平台 9.9. 组装Partner OS或RTOS的软件开发平台 9.10. 驱动程序考量 9.11. 引导与配置考量 9.12. System Reset考量 9.13. Flash考量 9.14. 开发应用程序 9.15. 测试和验证 9.16. 嵌入式软件设计指南修订历史
9.5. 选择软件工具 x
9.5.1. 选择软件构建工具 9.5.2. 选择软件调试工具 9.5.3. 选择软件跟踪工具
9.7. 选择应用程序的操作系统 x
9.7.1. 使用Linux*或RTOS 9.7.2. 将Bootloader用作Bare-Metal Framework 9.7.3. 使用Symmetrical（对称）与Asymmetrical（非对称） 多处理 (SMP vs. AMP) 模式
9.8. 组装Linux*的软件开发平台 x
9.8.1. 组装Linux*的Golden System Reference Design (GSRD) 9.8.2. 源代码管理考量
9.11. 引导与配置考量 x
9.11.1. 配置源 9.11.2. Configuration Flash Memory(配置闪存存储器) 9.11.3. 配置时钟 9.11.4. 选择HPS引导选项 9.11.5. HPS引导源 9.11.6. 远程系统更新（RSU）
9.13. Flash考量 x
9.13.1. Flash编程方法 9.13.2. 使用单个flash进行FPGA配置和HPS大容量存储
1. 介绍 Intel® Agilex™ 器件设计指南
2. 系统规范
3. 器件选择
4. 安全考量
5. 设计条目
6. 电路板和软件考量
7. 设计实现、分析、优化和验证
8. 调试
9. Intel® Agilex™ SoC FPGA嵌入式软件设计指南

5.3.3. FPGA EMIF设计考量

表 42.  FPGA EMIF检查表
编号 是否完成？ 检查表
1   对每个存储器接口使用External Memory Interfaces Intel® Agilex™ FPGA IP核，并遵循正确文档中的连接指导和限制。
2   给定子bank中的大多数存储器管脚连接到专用位置。请参阅 Intel® Agilex™ External Memory Interface Pin Information确定EMIF接口可用管脚的使用，并参阅 Intel® Agilex™ Device Family Pin Connection Guidelines了解管脚分配。
3   生成External Memory Interfaces Intel Calibration IP并将其连接到位于相同I/O行中的所有EMIF接口。

Intel® Agilex™ 器件提供的高效体系结构可通过宽型外部存储器接口中的小型模块化I/O bank与其快速轻松地适配。 Intel® Agilex™ FPGA可支持位于顶部或底部I/O行上任意I/O bank处的DDR外部存储器。一个存储器接口可占据1个或多个子块（sub-bank）。在需要多个sub-bank时，必须使用连续的sub-bank。

数据结点DQS和数据DQ管脚位于 Intel® Agilex™ 器件中的固定位置。设计器件pin-out之前，请先参阅存储器接口指导了解连接这些或其他存储器相关信号的详细信息和重要限制。

地址/命令bank内的地址和命令管脚必须按照固定的pin-out方案，而该方案会依照您IP核生成的<variation_name>_readme.txt文件中的定义。该pin-out方案会因为存储器接口拓扑情况而各不相同。该pin-out方案还属于必须遵循的硬件要求。有些方案需要3条lane来执行地址和命令管脚，而其他方案可能需要4条lane才行。

优化自校准External Memory Interfaces IP核旨在利用 Intel® Agilex™ I/O结构优势。External Memory Interfaces IP核支持设置外部存储器接口功能并帮助设置最适合您系统的物理接口（PHY）。如果在使用Intel FPGA IP核的器件设计了多个存储器接口，就需要为每个实例生成一个唯一的接口，以确保良好结果，而非设计一次就要多次例化。

在 Intel® Agilex™ 器件中，校准IP例化独立于EMIF IP核。但每个EMIF IP核必须连接校准IP。一个I/O行中仅可有一个校准IP。如果多个EMIF IP核位于同一I/O行，就需要将该行中的所有接口连接同一校准IP。

以下检查表补充说明EMIF用户指南中提供的限制内容。
表 43.  FPGA EMIF管脚限制
编号 是否完成？ 检查 表
1   给定bank（2个sub-banks）中的96个管脚共享相同电压电平。
2   不允许将所使用数据bank的I/O lane中尚未使用的管脚或EMIF接口的地址/命令bank用作GPIO信号。
3   不允许任意布局data lane内的数据掩码管脚。如果使能了DM/RDI/WDBI，则必须使用Pin index 6作为数据掩码管脚。
4   不再支持PLL参考时钟的True LVDS输入时钟。 Intel® 建议外部存储器接口拥有自己的PLL参考时钟源。请参阅 Intel® Agilex™ Device Data Sheet了解更多有关时钟和电压的信息。
5   每个EMIF接口必须拥有自己的RZQ管脚，并且必须放置于Lane 2，地址/命令tiles的pin index 2中。
表 44.  初次启动电路板的电路板指导建议
编号 是否完成？ 检查表
1   执行电路板仿真以确定地址/命令和数据路径上有充裕量。
2   如果正在使用DIMM，但并未将其用于设计，则将每个FPGA信号连接到DIMM（例如：较宽的地址宽度，所有CS/CKE/ODT信号）
3   有用于电压轨的探针点，地址/命令通道（channel）信号和一个data lane。
4   对EMIF使用可编程参考时钟生成器以支持多操作频率。
5   为插座/冷却液，和DIMM上的逻辑分析仪接口留出足够的空间。

上述指南内容可确保电路板设计有足够的裕量，并支持简便探测关键信号和调试期间电压轨的稳定性。更换参考时钟生成器的特性支持测试多操作频率接口。如果该接口以较低速率运行，则该接口布局正确并可正常工作。

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