AlteraCycloneV的Linux系统的搭建

摘 要：Altera Cyclone V SoC FPGA 在一个基于ARM的用户可定制芯片系统（SoC），集成了分立处理器（HPS）、FPGA和数字信号处理（DSP）功能。本文主要介绍Altera Cyclone V SoC FPGA的Embedded Linux System搭建，集FPGA和ARM两大优势于一体，让系统设计更加先进、灵活。

关键字：FPGA ARM SoC Linux

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（a）-0015-01

1 Linux系统搭建

Altera Cyclone V SoC FPGA的Embedded Linux System搭建是一个十分复杂的过程，包含如下几个部分。

1.1 Linux系统搭建工具

（2）SoC EDS，创建设备树、产生预加载源文件和硬件传送信息。

（3）Yocto，生成U-boot、Linux内核、文件系统。

（4）ARM DS-5，应用软件开发工具。

1.2 Linux系统搭建过程。

1.2.1 搭建Qsys系统

使用Quartus II创建一个Qsys工程，Alatra公司自己开发了一个Demo板，提供了Qsys的基础搭建例程，这里使用已提供的“soc_system.qpf”，但是要正确运行Linux系统，还需要进行一些修正。

1.2.2 配置HPS系统

HPS内包含了双核的ARM Cortex A9 处理器外，还有许多内建外设可以使用，在Qsys系统中双击 hps_0组件打开HPS配置窗口，查看HPS组件的配置信息，HPS属性有FPGA Interfaces、Peripheral Pin Multiplexing、HPS Clocks和SDRAM等四个配置栏，根据硬件实际连接，进行相关配置，配置完毕后，保存、编译就是生成需要的“soc_sysytem.sof”文件。

1.2.3 生成Preload Iamge文件

Altera的SoC FPGA与ARM专用芯片相比其有比较灵活的应用弹性。因为用户可以通过Qsys配置和删减ARM端外设，还可以添加与FPGA相连的组件。这些用户自定义的设定在经过Qsys generate和Quartus II compile会产生出一些HPS和FPGA相关的配置文件。在进行软件设计时，这些档案可以通过BSP Editor转换成Preloader需要的输入档案，以进一步生成Image文件。

1.2.4 生成Device Tree

Device Tree是一种有关硬件系统描述的数据结构，它可以描述整个系统上挂载了多少种类的硬件。通过device tree系统上的硬件信息都可以传递给OS（linux）。如此便可以不用在Kernel内放置大量的冗长的代码。这样的特性对于硬件里面有FPGA的情况下提供了很大的弹性与灵活性。

1.2.5 Yocto ProjectTM

进入Yocto网站，Yocto ProjectTM是一个开源的协作软件，提供模板、工具和方法帮你创建定制的Linux系统和嵌入式产品，而无需关心硬件体系。下载基于Altera Cyclone V SoC FPGA的Linux系统相关资源包及编译工具，进行内核的配置。

1.2.6 ARM DS-5

Altera版ARM DS-5是Altera提供的基于ARM Development Studio5工具包的特定设备，是一个强大的基于Eclispe的综合集成开发环境，这里使用ARM DS-5进行Linux内核调试、设备驱动调试，确保Linux能够正确运行在Altera Cyclone V SoC FPGA。

1.2.7 制作Linux SD Card

完成上述步骤，将Preload Image镜像文件，设备树、系统信息文件、Linux内核烧录到SD中，这样一个基于Altera Cyclone V SoC FPGA Embedded Linux系统制作完毕。

2 Linux系统测试

将制作完成的SoC_System.img镜像文件，使用Win32SD工具烧录到SD卡，将SD插入到Altera DE1_SoC中进行测试，将出现如图1所示的信息。

3 结语

随着FPGA技术的高速发展，芯片规模不断提升，带来了更强性能的同时，也实现了更低的功耗。RISC和FPGA结合使用，这样电路设计的难度也就相应地增加了。而Altera的Cyclone V SoC将RISC硬核处理器系统和FPGA集成到一起实现了功能的互补，大大减小了硬件电路复杂性和体积，同时也降低了功耗，提高了系统可靠性。

参考文献

[1] 蔡志明，卢传富，李立夏.精通QT编程（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2011.

[2] 陈健，宋健建.Linux程序设计[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[3] 黄照鹤.Linux指令范例速查手册[M].北京：清华大学出版社，2011.

[4] 陈永强，陶品，王笃强.嵌入式Linux移植[J].实验室研究与探索，2012（9）：67-68.