ARM + FPGA架構(gòu)有何種優(yōu)勢(shì)

近年來，隨著中國(guó)新基建、中國(guó)制造2025的持續(xù)推進(jìn)，單ARM處理器越來越難滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的功能要求，特別是能源電力、工業(yè)控制、智慧醫(yī)療等行業(yè)通常需要ARM + FPGA架構(gòu)的處理器平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)特定的功能，例如多路/高速AD采集、多路網(wǎng)口、多路串口、多路/高速并行DI/DO、高速數(shù)據(jù)并行處理等。

到底ARM + FPGA架構(gòu)有什么優(yōu)勢(shì)？

ARM：接口資源豐富、功耗低，擅長(zhǎng)多媒體顯示、邏輯控制等。

FPGA：擅長(zhǎng)多通道或高速AD采集、接口拓展、高速信號(hào)傳輸、高速數(shù)據(jù)并行處理等。

因此，ARM + FPGA架構(gòu)能帶來性能、功耗等綜合比較優(yōu)勢(shì)，ARM與FPGA既可各司其職，各自發(fā)揮原本架構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，亦可相互協(xié)作處理更復(fù)雜的問題。

為何需要ARM + FPGA高速通信

在工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，一般FPGA作為數(shù)據(jù)采集前端，常常有大量的數(shù)據(jù)需要傳輸給ARM進(jìn)行處理。如能源電力，會(huì)用FPGA作為高速AD或多通道AD采集，然后將產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)傳輸給ARM做AD數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理；又如智慧醫(yī)療，F(xiàn)PGA需將采集和處理的高清視頻數(shù)據(jù)傳輸至ARM，讓ARM對(duì)高速視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行視頻顯示、編碼或存儲(chǔ)。因此，“ARM + FPGA高速通信”是“ARM + FPGA架構(gòu)”項(xiàng)目成功的關(guān)鍵因素。

創(chuàng)龍科技為滿足能源電力、智慧醫(yī)療、軌道交通等行業(yè)日益增長(zhǎng)的國(guó)產(chǎn)化需求，率先推出國(guó)產(chǎn)化率100%的RK3568J工業(yè)核心板，并提供基于RK3568J與FPGA的高速通信案例。

RK3568J + FPGA高速通信案例

下面將為大家介紹基于瑞芯微RK3568J（硬件平臺(tái)：創(chuàng)龍科技TL3568-EVM評(píng)估板）與Xilinx Artix-7（硬件平臺(tái)：創(chuàng)龍科技TLA7-EVM評(píng)估板）的PCIe高速通信案例。

ARM端基于PCIe總線對(duì)FPGA BRAM進(jìn)行讀寫測(cè)試。應(yīng)用程序通過ioctl函數(shù)發(fā)送命令開啟DMA傳輸數(shù)據(jù)后，等待驅(qū)動(dòng)上報(bào)input事件；當(dāng)應(yīng)用層接收到input事件，說明DMA傳輸數(shù)據(jù)完成。

硬件搭建方面，使用M.2 Key M轉(zhuǎn)PCI-E 4X延長(zhǎng)線將TL3568-EVM評(píng)估板的M.2 PCIe NVMe接口與創(chuàng)龍科技TLA7-EVM評(píng)估板的PCIe接口連接，并將TLA7-EVM評(píng)估板通過TL-DLC10下載器連接至PC機(jī)，硬件連接如下圖所示。

圖1 硬件搭建示意圖

按照創(chuàng)龍科技提供的案例用戶手冊(cè)進(jìn)行操作，我們得出ARM與FPGA基于PCIe通信的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，如下圖所示。實(shí)測(cè)寫操作的DMA傳輸速率為780.77MB/s，讀操作的DMA傳輸速率為563.06MB/s。

圖2 數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)

圖3 數(shù)據(jù)解讀