Altera SoC FPGA架构解析

6.开发工具

SoCFPGA为实现更快、更便宜、能效更高的电子产品开辟了新途径。但是，伴随着硬件创新，开发和调试工具也应该不断创新。软件最终决定了设计人员能否成功的使用这些器件。为实现更广泛的应用，软件开发人员必须找到合适的SoCFPGA，掌握其特性，就像独立处理器那样轻松高效的使用它们。AlteraSoC嵌入式设计套装(EDS)开发环境，使用了ARM DS-5Altera版工具，与市场上其他调试工具不同。其特点包括FPGA自适应调试、ARM处理器与FPGA工具采用同一条USB电缆、外设寄存器自动显示、VFP和Neon寄存器显等方面均拥有突出优势。

软件开发一直是工程规划的主要部分。同一器件上处理器组合FPGA的这种混合特性增加了新的开发方向。必须仔细考虑这种新方向会怎样影响工程规划、工程团队的学习曲线，以及过去在软件工具上的投入。

首先也是最重要的，这些新器件的工具应兼容ARM，利用了ARM辅助支持系统，这一点非常关键。目前市场上的所有SoC FPGA都采用了ARM处理器IP，通常包括了来自ARM处理器软件开发工具广大的辅助支持系统的支持。但是，每一家供应商针对器件增加的FPGA部分有不同的处理方法。这些不同对以下方面的影响较大：

全芯片调试：在独立处理器上调试应用程序是很好理解的问题，有成熟的软件辅助支持系统提供成熟的解决方案。采用SoC FPGA，SoC不再是预定义的，相应的，调试工具必须支持很多新结构，如在FPGA中实现的其他的用户定义外设，在FPGA中实现的含有硬件加速模块的软件功能，FPGA中实现专用算法的定制逻辑模块。

分析CPU和FPGA。系统分析是任何好调试器都具备的功能，能够帮助开发人员解决常见问题，如系统中的热点在哪里?CPU内核的时间都花在了哪里?所使用的高速缓存效率有多高?为能够让分析功能在具有集成FPGA的处理器系统中真正发挥作用，FPGA事件也必须是分析的一部分。否则，没有FPGA自适应调试功能，开发人员只能看到并控制部分芯片

多核调试。在多核调试中，能够同时独立控制并监视处理器内核是非常有必要的。在某些情况下，需要在一个断点上停止所有内核。但是，在其他情况下，只需要在断点处停止一个处理器，而另一个内核继续执行代码。最好还能查看每一内核上运行的软件。调试器和分析工具应能够设计支持多核应用。作为对比，GNU基于GDB的调试工具最初只是设计满足单核需求。基于GDB的调试器工作起来非常好，但是一次只能处理一个内核。在多核系统中使用基于GDB的调试器时，可以在多个内核上设置断点。但是，当应用软件最终遇到一个断点时，只能观察触发断点的内核。实际上，每次只能调试一个内核。在调试阶段无法看到其他内核，这对于多核调试而言是很大的局限。ARM及其辅助支持系统合作伙伴积极应对这一多核难题，开发了功能强大的高质量多核调试工具。当选择一款SoC FPGA时，重要的一点是所选择的SoC FPGA系列比较容易使用真正的多核调试器。

标准工具和流程。软件工程师使用熟悉而又成熟的工具效率会更高。在熟悉的工具中可以使用新的硬件特性。大部分工程师希望使用有很多支持的“标准”工具来编辑、编译、下载、调试他们的应用程序，而不是采用新的专用流程。Altera与ARM合作开发了特殊版本的业界标准ARM DS-5工具包，以支持实现Altera SoC FPGA的特性，发挥其优势。通过这一业界领先的协议，ARM DS-5 Altera版工具包使用熟悉的业界标准接口，提供了FPGA自适应调试和其他关键多核特性。这一工具包还支持在硬件和软件调试中只使用一条Altera USB-Blaster II电缆。

结论

SoC FPGA是功能强大的新一类可编程器件，适用于多种电子设计。商用器件集成了标准ARM处理器——Cortex-M3或者功能更强大的双核Cortex-A9，以及丰富的外设、片内存储器、高速内部互联体系结构、分层片内存储器，还有前沿的FPGA架构。这些器件表面上看起来非常相似，但是底层体系结构却不尽相同。

为不同应用选择最佳SoC FPGA需要充分考虑六大标准，即系统性能、设计可靠性和灵活性、系统成本、功耗、未来产品发展路线图，以及开发工具在帮助这些SoC FPGA取得成功方面扮演的重要角色。