基于Arria 10 SoC的控制模块设计和开发注意事项

　　除了可用性、价格/性能和占地面积等明显的选择标准外，其他方面对于设计过程也很重要：

　　设计工具

　　HEITEC 开发团队对供应商特定工具有非常好的经验，因为开发环境直观可用且成熟。英特尔 Quartus Prime 软件套件具有英特尔 SoC FPGA 开发所需的一切功能。它是一个完整的开发包，配备了用户友好的用户界面和有助于实施的技术。市场上提供的工具非常全面，包括评估套件、对各种协议、数据速率和应用程序的支持、大量文档以及利用 ARM 生态系统优势的 ARM 兼容软件。软件和适当的工具向下和向上兼容。除了开源 Linux 之外，还有许多操作系统、开发工具、合作伙伴的IP核和专业服务。通过利用现有资源，可以产生协同效应并利用现有经验，从而降低风险、实现迁移并加快上市时间。

　　领先的英特尔 DSP 设计工具包括面向硬件设计的英特尔 FPGA 的 DSP 构建器和面向软件程序员的 OpenCL SDK。硬化浮点模块在算法设计期间自动映射，使用 FPGA 的 DSP 构建器或 OpenCL 的 SDK 并在软件中实例化浮点数据类型。对于较小的设计任务，可以使用单独的 FPGA IP 功能和宏功能。英特尔设计工具可自动优化和使用浮点模块以及抽象以硬件为中心的设计挑战，例如转换为定点和模块拓扑、流水线和时间复用的知识。

　　固定

　　除了 ECC 和更好的存储连接之外，Arria10 SoC 还受到引脚可用性的青睐，以创建提高安全性和降低功耗的设计。54 个可编程 I/O 可用于一般用途。要占用 PLL 或时钟管脚，英特尔 Quartus Prime 软件用于设置 I/O 分配。为数据输出和输入提供了特殊的高速引脚。其他多用途引脚可用作单端 I/O 或外部反馈引脚；此外，I/O 引脚可用作两个单端时钟输出或差分时钟输出。因此，I/O 引脚的布局可能性提供了非常高的灵活性。

　　提高安全性和加密

　　对于更大和更关键的系统组件，保护设计免受未经授权的复制、逆向工程和操纵非常重要。英特尔 FPGA 通过使用高级 POF 加密标准 （AES） 加密其配置比特流并定义或限制可访问区域来考虑这一点。基于椭圆曲线数字签名认证 （EC DSA） 和清晰的公钥基础设施支持安全启动。只接受来自已知和可靠来源的代码。

　　20-nm FPGA 包括额外的安全特性，可以通过使用独立的 Qcrypt 工具或 Intel Quartus Prime Convert Programming File 来激活。篡改保护和 JTAG 安全模式可以在 20-nm FPGA 中单独激活，JTAG 可以禁用或防止重读。ECC 进入缓存的安全性确保了可靠的错误检测。实现了七个通用定时器和四个看门狗定时器。各种控制机制能够防止过热或欠压。

　　通过优化电源提高能源效率

　　SoC 包括一个电源排序选项，以实现优化的功耗。SmartVoltage ID 功能使 FPGA 能够以相同的功率和更低的电压运行。因此，整个装置的平均功耗也可以降低，并且由于低电感可以实现更高频率的去耦。可编程电源技术可加快速度关键操作，同时减少非关键操作。

　　在最终实现的概念中，SoC FPGA，包括嵌入式 CPU，连接到应用程序的控制板，并运行嵌入式 Linux 操作系统。主板具有连接到 GUI PC 的 Gig-E 接口和连接到系统所有其他部分的数据接口。GUI PC 千兆以太网接口生成的样本吞吐量包含本地路径命令列表形式的控制信息，包括应用程序的脉冲能量、脉冲速率、所需位置和速度的设置。通过脚踏开关启动过程后，控制板完全自主执行指令并同时监控所有操作。此外，还会检查连接设备的所有故障条件、温度和电压以及能量水平。后者是通过比较电源和频率的设定值和实际值来完成的。如果出现故障信号，系统将关闭。

　　概括

　　开发具有强大架构的产品是确保系统设计满足现在和未来性能要求的关键。借助用于嵌入式系统的 SoC，设计立足于坚实的基础。用于中型应用的 FPGA 可显着节省空间并在功耗、成本和性能之间取得良好平衡。Arria 10 SoC就是这样一个典型代表。

　　借助 Arria 10 SoC，您可以通过将 GHz 级处理器、FPGA 逻辑和数字信号处理 （DSP） 集成到单个可定制的片上系统中来减小电路板尺寸，同时提高性能。Arria 10 SoC 提供了广泛的 FPGA 逻辑密度，并且硬化浮点 DSP 实现为浮点设计提供了全新的可能性。这些器件提供最高的浮点性能、能效和精度，同时缩短了开发时间。

　　具有硬化浮点 DSP 模块的 FPGA 在中端 Arria 10 构建模块中提供 160 到 1，500 GFLOPS 的容量。这些峰值 GFLOPS 指标的计算基于 CPU、GPU 和 DSP 上使用的相同透明方法。这种方法为设计人员提供了一种可靠的技术，用于基本比较基于非常不同架构的构建块的峰值浮点计算能力。通过硬化浮点 DSP 实施，FPGA 现在可用于越来越多的数据密集型应用，例如高性能计算 （HPC）、雷达和医学成像，从而以更低的总系统成本（总拥有成本）实现更高的性能。 基于所获得的经验，HEITEC 开发团队可以相应地为几乎任何应用实现具有 FPGA 功能的 SoC。

　　审核编辑：郭婷