技术分享！国产ARM + FPGA的SDIO通信开发介绍！

 

SDIO总线介绍

SDIO(Secure Digital lnput and Output)，即安全数字输入输出接口。SDIO总线协议是由SD协议演化而来，它主要是对SD协议进行了一些扩展。

 

SDIO总线主要是为SDIO卡提供一个高速的I/O能力，并伴随着较低的功耗。SDIO总线不但支持SDIO卡，而且还兼容SD内存卡。支持SDIO的设备比如手机和相机不仅能支持SD卡，TF卡，随着SDIO硬件设备的扩充SDIO总线的外围能够支持更多的SDIO设备比如Bluetooth，WIFI，GPS，Camera sensor等，它们的识别过程跟SD卡类似，主要差别是在SD协议的基础上做了些扩展。

 

 

图1 SDIO总线通信原理
 

国产ARM + FPGA架构介绍与优势

近年来，随着中国新基建、中国制造2025规划的持续推进，单ARM处理器越来越难胜任工业现场的功能要求，特别是如今能源电力、工业控制、智慧医疗等行业，往往更需要ARM + FPGA架构的处理器平台来实现例如多路/高速AD采集、多路网口、多路串口、多路/高速并行DI/DO、高速数据并行处理等特定功能，因此ARM + FPGA架构处理器平台愈发受市场欢迎。

 

因此，创龙科技一年前正式推出了基于全志T3 + 紫光同创Logos处理器设计的ARM + FPGA全国产工业核心板，国产化率达100%。

 

全志T3为准车规级芯片，四核ARM Cortex-A7架构，主频高达1.2GHz，支持双路网口、八路UART、SATA大容量存储接口，同时支持4路显示、GPU以及1080P H.264视频硬件编解码。另外，创龙科技已在T3平台适配国产嵌入式系统翼辉SylixOS，真正实现软硬件国产化。
 

紫光同创Logos PGL25G/PGL50G FPGA在工业领域应用广泛，逻辑资源分别为27072/51360，与国外友商产品pin to pin兼容，主要用于多通道/高速AD采集或接口拓展。因其价格低、质量稳定、开发环境易用等优点，受到工业用户的广泛好评。尤其是开发环境，最快3天可完成从国外友商产品到紫光同创产品的切换。

 

图2 ARM + FPGA典型应用场景

 

国产ARM + FPGA的SDIO通信案例介绍

本章节主要介绍全志科技T3与紫光同创Logos基于SDIO的ARM + FPGA通信方案，使用的硬件平台为：创龙科技TLT3F-EVM工业评估板。最终实测写速率为5.678MB/s，读速率为5.744MB/s，误码率为0。

 

案例功能

 

该案例实现T3(ARM Cortex-A7)与FPGA的SDIO通信功能。

 

ARM端sdio_test案例实现SDIO Master功能，具体如下：

 

（1）打开SDIO设备节点，如：/dev/generic_sdio0；

 

（2）发送数据至SDIO总线，以及从SDIO总线读取数据；

 

（3）校验数据，然后打印读写速率、误码率。

 

FPGA端dram_sdio案例实现SDIO Slave功能，具体如下：

 

（1）FPGA将SDIO Master发送的数据保存至DRAM；

 

（2）SDIO Master发起读数据时，FPGA从DRAM读取数据，并通过SDIO总线传输至SDIO Master。
 

图3 ARM端程序流程图
 

案例演示

 

评估板上电后，请先固化FPGA案例dram_sdio_xxx.sfc可执行程序至FPGA端，FPGA需在ARM驱动加载前完成初始化。再将ARM端可执行文件sdio_test、"driver\bin\generic_sdio.ko"驱动拷贝至评估板文件系统任意目录下。

 

评估板上电启动，在generic_sdio.ko驱动所在路径下，执行如下命令加载驱动。

 

Target#insmod -f generic_sdio.ko

 

图4

 

执行如下命令，可查看设备节点。

 

Target#ls /dev/generic_sdio0
 

图5

 

执行如下命令，可查询程序命令参数。

 

Target#./sdio_test -h

 

图6

 

执行如下命令，ARM通过SDIO总线写入随机数据至FPGA DRAM，然后读出数据、进行数据校验，同时打印SDIO总线读写速率和误码率，如下图所示。
 

Target#./sdio_test -d /dev/generic_sdio0 -s 1024
 

参数解析：

 

-d：设备节点路径；

 

-s：设置传输数据大小，单位为Byte。

 

图7

 

本次测试SDIO总线通信时钟频率为最高50MHz，则理论通信速率为：(50 x 4 / 8)MB/s = 25MB/s。从上图可知，则可以清晰看到实测速率结果。

 

备注：实测速率相比理论速率偏低，与ARM端驱动和FPGA端逻辑实现、IP核配置有关。