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技術(shù)分享！國產(chǎn)ARM + FPGA的SDIO通信開發(fā)介紹！
2024/05/14
SDIO總線介紹
SDIO(Secure Digital lnput and Output)，即安全數(shù)字輸入輸出接口。SDIO總線協(xié)議是由SD協(xié)議演化而來，它主要是對SD協(xié)議進(jìn)行了一些擴(kuò)展。
SDIO總線主要是為SDIO卡提供一個(gè)高速的I/O能力，并伴隨著較低的功耗。SDIO總線不但支持SDIO卡，而且還兼容SD內(nèi)存卡。支持SDIO的設(shè)備比如手機(jī)和相機(jī)不僅能支持SD卡，TF卡，隨著SDIO硬件設(shè)備的擴(kuò)充SDIO總線的外圍能夠支持更多的SDIO設(shè)備比如Bluetooth，WIFI，GPS，Camera sensor等，它們的識別過程跟SD卡類似，主要差別是在SD協(xié)議的基礎(chǔ)上做了些擴(kuò)展。
圖1 SDIO總線通信原理
國產(chǎn)ARM + FPGA架構(gòu)介紹與優(yōu)勢
近年來，隨著中國新基建、中國制造2025規(guī)劃的持續(xù)推進(jìn)，單ARM處理器越來越難勝任工業(yè)現(xiàn)場的功能要求，特別是如今能源電力、工業(yè)控制、智慧醫(yī)療等行業(yè)，往往更需要ARM + FPGA架構(gòu)的處理器平臺來實(shí)現(xiàn)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)并行處理等特定功能，因此ARM + FPGA架構(gòu)處理器平臺愈發(fā)受市場歡迎。
因此，創(chuàng)龍科技一年前正式推出了基于全志T3 + 紫光同創(chuàng)Logos處理器設(shè)計(jì)的ARM + FPGA全國產(chǎn)工業(yè)核心板，國產(chǎn)化率達(dá)100%。
全志T3為準(zhǔn)車規(guī)級芯片，四核ARM Cortex-A7架構(gòu)，主頻高達(dá)1.2GHz，支持雙路網(wǎng)口、八路UART、SATA大容量存儲(chǔ)接口，同時(shí)支持4路顯示、GPU以及1080P H.264視頻硬件編解碼。另外，創(chuàng)龍科技已在T3平臺適配國產(chǎn)嵌入式系統(tǒng)翼輝SylixOS，真正實(shí)現(xiàn)軟硬件國產(chǎn)化。
紫光同創(chuàng)Logos PGL25G/PGL50G FPGA在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，邏輯資源分別為27072/51360，與國外友商產(chǎn)品pin to pin兼容，主要用于多通道/高速AD采集或接口拓展。因其價(jià)格低、質(zhì)量穩(wěn)定、開發(fā)環(huán)境易用等優(yōu)點(diǎn)，受到工業(yè)用戶的廣泛好評。尤其是開發(fā)環(huán)境，最快3天可完成從國外友商產(chǎn)品到紫光同創(chuàng)產(chǎn)品的切換。
圖2 ARM + FPGA典型應(yīng)用場景
國產(chǎn)ARM + FPGA的SDIO通信案例介紹
本章節(jié)主要介紹全志科技T3與紫光同創(chuàng)Logos基于SDIO的ARM + FPGA通信方案，使用的硬件平臺為：創(chuàng)龍科技TLT3F-EVM工業(yè)評估板。最終實(shí)測寫速率為5.678MB/s，讀速率為5.744MB/s，誤碼率為0。
案例功能
該案例實(shí)現(xiàn)T3(ARM Cortex-A7)與FPGA的SDIO通信功能。
ARM端sdio_test案例實(shí)現(xiàn)SDIO Master功能，具體如下：
（1）打開SDIO設(shè)備節(jié)點(diǎn)，如：/dev/generic_sdio0；
（2）發(fā)送數(shù)據(jù)至SDIO總線，以及從SDIO總線讀取數(shù)據(jù)；
（3）校驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后打印讀寫速率、誤碼率。
FPGA端dram_sdio案例實(shí)現(xiàn)SDIO Slave功能，具體如下：
（1）FPGA將SDIO Master發(fā)送的數(shù)據(jù)保存至DRAM；
（2）SDIO Master發(fā)起讀數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)PGA從DRAM讀取數(shù)據(jù)，并通過SDIO總線傳輸至SDIO Master。
圖3 ARM端程序流程圖
案例演示
評估板上電后，請先固化FPGA案例dram_sdio_xxx.sfc可執(zhí)行程序至FPGA端，F(xiàn)PGA需在ARM驅(qū)動(dòng)加載前完成初始化。再將ARM端可執(zhí)行文件sdio_test、"driver\bin\generic_sdio.ko"驅(qū)動(dòng)拷貝至評估板文件系統(tǒng)任意目錄下。
評估板上電啟動(dòng)，在generic_sdio.ko驅(qū)動(dòng)所在路徑下，執(zhí)行如下命令加載驅(qū)動(dòng)。
Target#insmod -f generic_sdio.ko
圖4
執(zhí)行如下命令，可查看設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
Target#ls /dev/generic_sdio0
圖5
執(zhí)行如下命令，可查詢程序命令參數(shù)。
Target#./sdio_test -h
圖6
執(zhí)行如下命令，ARM通過SDIO總線寫入隨機(jī)數(shù)據(jù)至FPGA DRAM，然后讀出數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，同時(shí)打印SDIO總線讀寫速率和誤碼率，如下圖所示。
Target#./sdio_test -d /dev/generic_sdio0 -s 1024
參數(shù)解析：
-d：設(shè)備節(jié)點(diǎn)路徑；
-s：設(shè)置傳輸數(shù)據(jù)大小，單位為Byte。
圖7
本次測試SDIO總線通信時(shí)鐘頻率為最高50MHz，則理論通信速率為：(50 x 4 / 8)MB/s = 25MB/s。從上圖可知，則可以清晰看到實(shí)測速率結(jié)果。
備注：實(shí)測速率相比理論速率偏低，與ARM端驅(qū)動(dòng)和FPGA端邏輯實(shí)現(xiàn)、IP核配置有關(guān)。
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