本周我想進一步探究可編程邏輯(FPGA)與硬核處理器(HPS)之間互聯(lián)的結構。我發(fā)現(xiàn)了三種主要方式，它們是如何映射并處理通信的，哪些組件需要管控時序并且有訪問權限。

AXI Bridge

為了能夠實現(xiàn)HPS與FPGA之間的通信接口，衍生出了AXI bridge協(xié)議。AXI bridge協(xié)議能夠處理帶寬適應和時鐘控制，支持HPS與FPGA之間雙向的邏輯和數(shù)據(jù)交互。

圖1：FPGA結構可視化表示

HPS到FPGA

HPS到FPGA有兩種類型：高吞吐量和低吞吐量。高吞吐量的數(shù)據(jù)帶寬可以使32位、64位或128位，它是專門為高帶寬數(shù)據(jù)傳輸而設計的，HPS作為主，處在L3層。

輕量級(或低吞吐量)通道被限制為32位，然而它進行了優(yōu)化，延遲最低。它的主要功能是將控制和狀態(tài)寄存器傳遞給FPGA。此外它也對HPS到FPGA的通信通道進行了一定的分流，具體類比描述見圖1，從HPS到FPGA有兩條通道：第一個是32位數(shù)據(jù)通道具有更高的速度限制，另一個則設計了很多個通道，在同一時刻支持更高的帶寬和更多的數(shù)據(jù)傳輸。

FPGA到HPS

圖1的第三個通道是實現(xiàn)FPGA到HPS的數(shù)據(jù)傳輸，它設計的目的是訪問HP slave接口或在HPS程序端等待數(shù)據(jù)的輸入。它可以配置為32位、64位或者128位的數(shù)據(jù)帶寬，是由HPS L3主切換時鐘來控制。

為了將這些通信通道結合在一起，我開始翻閱Intel開發(fā)者社區(qū)的黃金硬件參考設計指南(GHRD)，它提供了一些例子來說明如何在FPGA和HPS之間建立AXI bridge通道，正是借助它我真正體會到了“配置向導”的強大功能，只需要鼠標點擊六次我就完成了三個通信通道的配置，同時還可以配置內存分配。最后我了解到HPS bridge是映射到片上內存，實現(xiàn)盡可能少的延遲。而FPGA部分則映射到從內存地址，當有數(shù)據(jù)時將數(shù)據(jù)寫入內存。

將它們整合在一起

那么這意味著什么?通信通道和不同傳輸層對于我這種對小型低功耗的MCU經(jīng)驗豐富的人來說也不是有太多的機會應用它們。盡管如此，那些習慣ARM MCU編程的開發(fā)者來說可能會熟悉這些通信通道(Bridge)。實際上這些通信通道是一系列的控制寄存器和內存映射，會以非常高的速度被訪問，這對于多線程、多核系統(tǒng)非常的有用，因為這類系統(tǒng)需要高速、多用途的數(shù)據(jù)傳輸。當然這種內部互聯(lián)的想法對于MCU愛好者來說是非常普遍的。使用內部互聯(lián)通信通道來分擔任務是非常熟悉的，但是將它們當做內存或RAM來訪問則有些新奇了。簡單來說，L3層是實現(xiàn)從FPGA到HPS通信機制而設計的，支持不同處理器核之間的數(shù)據(jù)傳輸。它開放了FPGA資源執(zhí)行一些HPS所要完成的任務，否則HPS會有極大的阻礙，最終從整體上提升了系統(tǒng)性能。