英特尔® SoC FPGA 裸机开发人员中心

1.前提条件

创建您的“我的英特尔”帐户

• 从“我的英特尔”页面创建您的“我的英特尔”帐户。
• 使用“我的英特尔”帐户，您可以提交服务请求、注册课程、下载软件、访问资源和培训课程等。

设计注意事项

什么是裸机？

• 裸机指处理器系统的实际寄存器接口和硬件功能。
  
• 裸机开发采用不使用 OS 或 RTOS 的软件运行时环境。
• 在裸机配置中，可以使用 SoC FPGA 的 HPS。英特尔提供由上层 API 和底层宏组成的 HWLIB，使您能够使用大多数 HPS 外设。

为什么选择裸机？

• 使用裸机开发方法的优势如下：
• 对硬件进行绝对控制
• 提升效率
• 最大程度地减小尺寸（闪存和内存占用率）
• 不依赖于其他源代码或库
• 更易于正式验证正确性并执行代码覆盖率分析
• 选择裸机开发的其它原因如下：
• 需要执行开发板初启，一次只针对一个外设
• 需要重用已进行了裸机开发的现有遗留代码
• 缺乏 OS 或 RTOS 相关经验

裸机注意事项

要为 HPS 开发裸机应用程序，您必须熟悉运行时功能的开发，确保您的应用程序有效地利用 CPU 子系统中的可用资源。必要条件的示例如下：

• 深入了解硬件平台
  
• 由于典型裸机应用程序仅使用一个核心，如果您希望充分利用 CPU 子系统，应该能够开发运行时功能，以便管理核心与缓存子系统之间的进程
• 开发管理和调度进程、处理进程间通信以及同步应用程序内事件的功能

对于您计划的项目，如果没有足够的时间来熟悉以上几点，建议您考虑使用商用 Linux* 或 RTOS 解决方案。

设计流程图

裸机开发的典型设计流程图如下所示：

流程汇总如下：

• 开始硬件设计，其中包括：
• HPS 配置：时钟设置、引脚复用和配置、DDR 设置、连接的外设等。
• FPGA 结构内容：在 FPGA 中实例化的 IP 核、FPGA 引脚、内存控制器和锁相环 (PLL) 配置
• 硬件设计使用英特尔® FPGA Complete Design Suite 工具编译，这些工具生成以下文件：

• SOF 文件：用于通过各种方法（外部编程器、外部闪存、HPS Bootloader，甚至 HPS 应用程序）配置 FPGA 结构
• 交接文件：包含第二阶段 Bootloader 生成器创建 Bootloader 所需的信息，Bootloader 将在 HPS 上使用
• SOPCINFO 文件：可用于自动创建带有 FPGA 软 IP 地址的头文件
• SVD 文件：包含有关 FPGA 软 IP 寄存器的信息，以便 ARM* Development Studio 5* (DS-5*) 英特尔 SoC FPGA 版调试器在调试期间以用户友好的格式显示这些寄存器
• 用户借助 HWLIB 编写自定义源代码，并可使用 FPGA IP 地址头文件
• 用户借助裸机编译器编译裸机应用程序
• 用户使用 ARM DS-5 英特尔 SoC FPGA 版调试裸机应用程序

2.入门

选择目标板

• 我们建议您先使用英特尔提供的 SoC 开发套件进行开发，因为入门裸机示例针对的是这些开发板。
• 要查看可用的 SoC FPGA主板，请访问 英特尔® FPGA主板。

安装英特尔 SoC FPGA EDS

• 英特尔 SoC FPGA EDS 提供所有 SoC FPGA 开发（包括裸机）所需的必备工具。请参阅 嵌入式软件和工具 了解更多信息，请参阅 嵌入式软件和工具 英特尔® SoC FPGA 。
• 从 FPGA下载中心下载英特尔® SoC FPGA Embedded Development Suite （SoC EDS） 专业版。
• 安装过程和安装 英特尔 SoC FPGA EDS 的工具。
• 如果 ARM DS-5 英特尔 SoC FPGA 版用于调试和/或跟踪裸机应用程序，您需要获取许可证。许可证通常包含在您购买的英特尔 SoC FPGA 开发套件中。请参阅英特尔® SoC FPGA Embedded Development Suite （SoC EDS） 用户指南 许可设置说明。

选择构建工具

• 英特尔 SoC FPGA EDS 提供以下裸机构建工具：
• 英特尔 SoC FPGA 版 Mentor CodeSourcery – 基于 GCC，无需许可证
• ARM Compiler 5 – 许可证包含在英特尔 SoC FPGA EDS 许可证中
• 可以使用针对 ARM 平台的其他构建工具套件 - 转到 英特尔® FPGA 和 英特尔® SoC FPGA 设备的生态系统。
• 入门示例项目适用于英特尔 SoC FPGA EDS 中包含的 GCC 和 ARMCC 编译器。

选择调试和跟踪工具

• 英特尔 SoC FPGA EDS 包含 ARM DS-5 英特尔 SoC FPGA 版，此版本对裸机程序的调试和跟踪提供全面支持 – 需要许可证
• 入门示例项目使用 ARM DS-5 英特尔 SoC FPGA 版进行调试和跟踪

实施入门应用程序

• 入门示例应用程序适用于 Cyclone V、Arria V 和英特尔® Arria® 10 设备，支持 ARMCC 和 GCC 编译器。
• 示例应用程序实施以下任务
• HPS SDRAM、MMU、缓存
• HPS 定时器、中断
• HPS 至 FPGA 桥接
• FPGA 软 IP：SysID
• FPGA 中断
• 在 SoCEDS 和 ARM Development Studio 主题 Rocketboards.org 上查找所需的文档和下载。

3.创建您自己的项目

裸机项目类型

ARM DS-5 英特尔 SoC FPGA 版可以管理两种不同类型的项目：

• 基于 Makefile 的项目：通过手动编辑 Makefile 来管理项目，ARM DS-5 英特尔 SoC FPGA 版仅在此 Makefile 上分别通过调用 'make all' 和 'make clean' 来构建和清理项目。
  
• 基于插件的项目：ARM DS-5 英特尔 SoC FPGA 版对您的项目进行全面管理，包括要编译的文件、编译器选项、构建和清理。

基于 Makefile 的项目的优势在于它可以调用任何其它工具，而不仅仅是裸机编译器，因此提供了更大的灵活性。使用基于插件的项目的唯一优势是，与使用文本编辑器编辑 Makefile 相比，可以从 ARM DS-5 英特尔 SoC FPGA 版图形界面轻松访问设置。

创建项目的推荐方法

我们建议您先使用提供的脚本自动创建基于插件或基于 Makefile 文件的项目。

脚本执行以下操作：

• 创建项目文件夹
• 创建 C 项目文件，并进行所有必要的编译设置
• 创建一个简单的 main.c 文件，此文件仅打印一条 'hello world' 消息
• 导入所有相关的 HWLIB 文件
• 创建包含 FPGA 结构外设基地址的 system.h 文件（需要首先安装英特尔® Quartus® Prime 软件，否则将跳过此步骤）
• 创建用于调试应用程序的调试配置
• 创建用于运行 Bootloader 的调试配置 [可选]
• 创建用于从 ARM DS-5 英特尔 SoC FPGA 版配置 FPGA 结构的外部工具启动器 [可选]
• 创建用于在必要时重新生成 system.h 文件的外部工具启动器 [可选]

请注意，“入门”一节中所述的所有入门项目都是使用此方法创建的。

创建项目的替代方法

您也可以使用以下替代方法创建您自己的项目：

• 选项 1：手动创建 Makefile，然后参考 Arm* Development Studio* for 英特尔® SoC FPGA Edition 查找在 ARM DS-5 英特尔 SoC FPGA 版中将项目创建为 基于 Makefile 的项目 的建议。手动创建 Makefile 的流程超出了本指南的范围，需要您熟悉所有的构建工具及其选项。如果需要 Makefile，推荐方法是使用提供的脚本创建 Makefile。
  
• 选项 2：手动从头创建一个基于插件的项目。这包括手动复制提供的脚本创建项目时遵循的程序。请注意，此脚本提供了更多功能，是创建项目的推荐方法。此选项仅供参考。
• 选项 3：从现有项目开始，并根据您的需求进行修改。此选项特别适用于较短的测试和试验，但不建议使用此方法。

4.示例

裸机应用程序入门

表 A. 针对英特尔 SoC 开发板，实施：

• HPS SDRAM
  
• HPS MMU 和缓存
• HPS 定时器，带中断功能
• FPGA IP：SysID 和 PIO – 按钮、双列直插式封装 (DIP) 开关和 LED
• FPGA 中断

英特尔 SoC FPGA EDS 中包含的裸机示例

表 B. 面向英特尔 SoC 开发板，可从 <SoC FPGA Installation Folder>\embedded\examples\software\ 获得：

其它裸机示例

表 C.面向英特尔 SoC 开发板，可参阅 “设计示例”页面 ，均使用 GCC 编译器：

如何在 Cyclone V FPGA 上实施就地执行 (XIP)

有关如何从 QSPI 闪存运行裸机应用程序的完整说明，请参阅英特尔 FPGA Wiki 上的“Cyclone V QSPI XIP 示例设计”页面。

如何在 Cyclone V FPGA 上启动裸机应用程序

有关如何从以下位置启动 Cyclone V SoC 裸机应用程序的示例，请参阅“应用说明 709”的“启动示例”章节：

• SD/MMC
  
• QSPI
• FPGA

5.更多资源

支持资源

只需点击一次，即可查看帮助内容！支持资源提供从培训课程到设计示例再到论坛的在线技术资源，可指导您完成设计过程中的每个步骤。

知识库

知识库提供大量支持解决方案、参考文章、错误消息和故障排除指南，并且可以全面搜索。

英特尔社区

英特尔社区是一个社区网站，为英特尔 FPGA 用户之间的协作提供支持。请查看“嵌入式设计套件 (EDS)”和“SoC 讨论”部分。使用搜索引擎查找相关材料。我们也鼓励您进行更新和投稿。

培训课程

您在开始裸机开发之前可以参加的基础培训课程如下。

学习 -英特尔 SoC FPGA EDS 用户指南

SoC EDS 用户指南是介绍所有英特尔 SoC FPGA EDS 工具和组件的基础性文档。我们强烈建议您阅读以下与裸机开发相关的章节：

学习 - 英特尔 SoC FPGA EDS 入门指南

英特尔 FPGA Wiki 上的 SoC EDS 入门指南是一系列基本说明，可帮助您轻松完成英特尔 SoC FPGA EDS 入门。

其它文档和资源

技术参考手册

技术参考手册包含硬件的详细说明，包括所有外设的行为、基地址、中断映射和控制/状态寄存器。

SoC 文档页面

SoC 文档页面提供了一个统一位置，可以访问所有相关 SoC 文档，如技术参考手册、数据表和应用说明。

更多资源

相关链接

• 嵌入式软件开发中心
• 英特尔® FPGA 支持资源
• 英特尔® FPGA 开发工具
• RocketBoards