[发明专利]嵌入式linux平台下SOC处理器与FPGA芯片的通信系统、方法

说明书

技术领域

本发明涉及linux内核驱动、SOC处理器、和FPGA硬件可编程技术，特别涉及一种嵌入式linux平台下SOC处理器与FPGA芯片的通信系统及通信方法。

背景技术

SOC处理器以其高性能、低功耗、多功能等特点在信息家电、工业控制等领域得到了广泛的应用。在嵌入式控制中，单片机+FPGA、DSP+FPGA都是常见的解决方案。FPGA（现场可编程门阵列）具有编程方便、集成度高、速度快等优点，电子设计人员能够通过硬件编程的方法来实现FPGA芯片各种功能的研发。高端的SOC处理器（如TI公司的达芬奇系列处理器、OMAP系列处理器为双核ARM+DSP架构），运行速度快，可以实现非常复杂的功能，通常在处理器平台上都运行着嵌入式操作系统。Linux以其内核精炼、高效,源代码开放且免费等优势,在嵌入式SOC领域得到了广泛的应用。SOC处理器上常见的数据通信接口有:UART、USB、I2C、SPI、GPIO、SDIO、以太网口等。芯片厂家为其SOC处理器做linux移植时，为这些常见接口提供了驱动支持，所以嵌入式linux开发者开发这类应用接口较为简单。在系统板级集成中，SOC处理器运行linux系统和FPGA可以通过通用的I2C、SPI、GPIO、UART接口实现低速数据通信，在FPGA中实现I2C、SPI、GPIO、UART接口的难度一般；SDIO接口的速度较快，但其通信接口在FPGA中实现较为复杂；而以太网口适合远程通信，不适合应用到SOC处理器+FPGA的板级系统集成中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种嵌入式linux软件平台下简单、高速适合系统板级集成的SOC处理器与FPGA芯片的通信系统、方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种嵌入式linux平台下片上系统SOC处理器与FPGA芯片的通信系统，包括SOC处理器、FPGA芯片，所述的SOC处理器的外部存储器接口EMIF与FPGA芯片的输入输出引脚电气连接。

所述的SOC处理器的外部存储器接口EMIF的引脚包括输入引脚、片选信号引脚EM_CS、写数据信号引脚EM_WE、读数据信号引脚EM_OE、读写使能信号引脚EM_R/W、地址引脚ADDR、数据引脚EM_D。

所述的SOC处理器的外部存储器接口EMIF与FPGA芯片的输入输出引脚电气连接方式包括FPGA RAM存储器模式和FPGA先入先出队列模式。

所述的FPGA芯片内部包括实现EMIF控制模块和分布式块随机存储器模块。

所述的分布式块随机存储器模块用于缓存FPGA芯片和SOC处理器进行数据交换。

所述的EMIF控制模块，用于进行SOC处理器和FPGA芯片中分布式块随机存储器模块的时序匹配。

一种嵌入式linux平台下片上系统SOC处理器与FPGA芯片的通信系统的通信方法，所述的方法包括以下步骤：

在FPGA先入先出队列模式下，EMIF控制模块中的内部计数器根据写数据信号EM_WE（低有效）或读数据信号EM_OE（低有效）自动产生地址并提供给分布式块随机存储器模块；

在FPGA RAM存储器模式下，EMIF控制模块将SOC处理器提供的地址线宽度匹配到分布式块随机存储器模块的地址宽度；

在FPGA先入先出队列模式或FPGA RAM存储器模式下，EMIF控制模块都需要SOC处理器提供一个几乎满信号almost_full,一个几乎空almost_empty信号连接到SOC处理器的输入引脚GPIO[1:0]，SOC处理器写数和读数时检测almost_full,almost_empty信号，只有almost_full信号无效时才能向FPGA写数据，只有almost_empty信号无效时才能读数据。

FPGA设备驱动支持以模块的形式向嵌入式Linux系统动态加载和卸载；

insmod模块加载实现驱动的初始化，rmmod模块卸载实现资源的释放。

本发明采用上述结构和方法，具有以下优点：1、在SOC处理器上运行嵌入式linux操作系统并实现FPGA的设备驱动,为FPGA与SOC处理器在嵌入式领域实现高效高速数据通信提供了一种方法；2、在实际应用中,通过用户对FPGA硬件编程后可以扩展SOC处理器实现各种用户自定义的复杂功能。该发明在无线通信领域、多通道高速数据采集显示领域、自动控制领域应用潜力巨大。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；