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第1章 SoC FPGA软硬件系统开发概述1

1.1 Intel SoC FPGA系列1

1.1.1 Cyclone Ⅴ SoC FPGA2

1.1.2 Arria Ⅴ SoC FPGA2

1.1.3 Arria 10 SoC FPGA2

1.1.4 Stratix 10 SoC FPGA3

1.1.5 SoC FPGA应用领域与前景3

1.2 Intel Cyclone Ⅴ SoC FPGA介绍4

1.2.1 什么是SoC FPGA4

1.2.2 SOPC4

1.2.3 SoC FPGA与SOPC之间的差异5

1.2.4 SoC FPGA架构的优势6

1.3 Cyclone Ⅴ SoC FPGA器件硬件设计概述9

1.3.1 FPGA I/O和时钟10

1.3.2 SoC FPGA JTAG电路设计12

1.4 AC501-SoC开发板介绍13

1.4.1 布局及组件13

1.4.2 轻触按键14

1.4.3 用户LED15

1.4.4 时钟输入16

1.4.5 GPIO接口17

1.4.6 DDR3 SDRAM18

1.4.7 通用显示扩展接口19

1.4.8 USB转UART21

1.4.9 以太网收发器21

1.5 本章小结23

第2章 SoC FPGA开发板的使用24

2.1 安装SoC FPGA开发工具24

2.2 SoC FPGA的配置数据烧写与固化24

2.2.1 SoC FPGA启动配置方式介绍24

2.2.2 sof文件的烧写方式26

2.2.3 jic文件的生成和烧写28

2.3 在SoC FPGA上运行Linux操作系统32

2.3.1 SoC FPGA中的H PS启动流程介绍32

2.3.2 HPS启动方式介绍33

2.3.3 制作启动镜像SD卡34

2.3.4 准备硬件板卡35

2.3.5 开机测试39

2.4 开发板Linux系统常用操作40

2.4.1 查看目录40

2.4.2 设置和修改用户密码40

2.4.3 查看和编辑文件41

2.4.4 设置IP地址43

2.4.5 挂载SD卡的FAT32分区45

2.4.6 挂载U盘46

2.4.7 文件操作47

2.4.8 目录操作48

2.4.9 停止某个进程49

2.4.10 重启和关机50

2.5 本章小结50

第3章 SoC FPGA开发概述51

3.1 SoC FPGA开发流程51

3.1.1 硬件开发51

3.1.2 软件开发53

3.2 AC501-SoC FPGA开发板的黄金参考设计说明53

3.2.1 GHRD53

3.2.2 打开和查看GHRD54

3.2.3 组件参数配置详解57

3.3 本章小结62

第4章 手把手修改GHRD系统63

4.1 修改GHRD工程63

4.1.1 打开GHRD工程63

4.1.2 添加UART IP64

4.1.3 关于HPS与FPGA数据交互64

4.1.4 连接UART IP信号端口65

4.1.5 分配组件基地址67

4.1.6 生成Qsys系统的HDL文件68

4.1.7 添加uart＿1的端口到Quartus工程中69

4.1.8 分配FPGA引脚71

4.1.9 生成配置数据二进制文件72

4.2 制作Preloader Image72

4.2.1 打开SoC EDS工具73

4.2.2 生成bsp文件74

4.2.3 编译Preloader和U-Boot77

4.2.4 更新Preloader和U-Boot79

4.2.5 Win 10系统下更新失败问题80

4.2.6 使用新的U-Boot启动SoC81

4.3 制作设备树82

4.3.1 设备树制作流程82

4.3.2 准备所需文件82

4.3.3 生成.dts文件83

4.3.4 生成.dtb文件84

4.4 运行修改后的工程85

4.5 本章小结87

第5章 使用DS-5编写和调试SoC的Linux应用程序88

5.1 启动DS-588

5.2 创建C工程91

5.3 编译工程94

5.4 建立SSH远程连接95

5.4.1 创建远程连接95

5.4.2 复制文件到目标板101

5.4.3 运行应用程序102

5.5 远程调试103

5.5.1 GDB设置103

5.5.2 GDB连接和调试106

5.6 使用WinSCP实现多系统传输文件108

5.6.1 为什么要使用WinSCP108

5.6.2 安装WinSCP109

5.6.3 建立远程主机连接109

5.6.4 新建远程连接112

5.6.5 调用PuTTY终端112

5.7 本章小结113

第6章 基于虚拟地址映射的Linux硬件编程114

6.1 什么是虚拟地址映射114

6.2 虚拟地址映射的实现115

6.3 基于虚拟地址映射的PIO编程应用117

6.3.1 PIO外设的虚拟地址映射117

6.3.2 在DS-5中建立PIO应用工程118

6.3.3 添加和包含HPS库文件119

6.3.4 添加FPGA侧外设硬件信息121

6.3.5 PIO IP核介绍124

6.3.6 PIO核寄存器映射125

6.3.7 PIO IP核应用实例128

6.3.8 合理的程序退出机制131

6.3.9 关于按键消抖133

6.4 基于虚拟地址映射的UART编程应用134

6.4.1 UART核介绍134

6.4.2 UART寄存器映射134

6.4.3 UART IP核应用实例136

6.4.4 UART IP核板级调试144

6.4.5 小结145

6.5 基于虚拟地址映射的I2 C编程应用145

6.5.1 OpenCores I2 C IP简介146

6.5.2 OpenCores I2 C IP寄存器映射146

6.5.3 I2 C IP核应用实例149

6.5.4 小结161

6.6 本章小结161

第7章 基于Linux应用程序的HPS配置FPGA162

7.1 制作Quartus工程163

7.2 生成rbf格式配置数据163

7.3 编译Linux配置FPGA应用程序165

7.4 在系统重配置FPGA实验166

7.5 本章小结168

第8章 编译嵌入式Linux系统内核169

8.1 安装VMware170

8.2 安装Ubuntu系统171

8.2.1 使用现成的Ubuntu系统镜像171

8.2.2 安装全新的Ubuntu系统175

8.3 下载Linux系统源码182

8.4 设置交叉编译环境185

8.5 配置和编译内核189

8.5.1 快速配置内核189

8.5.2 保存内核配置文件195

8.5.3 编译内核195

8.5.4 使用内核启动开发板197

8.6 本章小结199

第9章 Linux设备树的原理与应用实例200

9.1 什么是设备树200

9.2 设备树的基本格式201

9.3 设备树加载设备驱动原理206

9.4 编写I2 C控制器设备节点208

9.5 加载OC＿I2 C驱动211

9.6 使用RTC212

9.7 使用EEPROM216

9.8 编写SPI控制器设备节点217

9.9 本章小结219

第10章 基于Linux标准文件I/O的设备读/写220

10.1 什么是文件I/O220

10.2 基于文件I/O操作的一般方法220

10.2.1 文件描述符220

10.2.2 打开设备（open）221

10.2.3 向设备写入数据（write）221

10.2.4 读取设备数据（read）222

10.2.5 杂项操作（ioctl）222

10.2.6 关闭设备（close）223

10.2.7 其他操作223

10.3 使用文件I/O实现I2 C编程223

10.4 本章小结226

第11章 FPGA与HPS高速数据交互应用227

11.1 FPGA与HPS通信介绍227

11.1.1 H2F＿LW＿AXI＿Master桥229

11.1.2 H2F＿AXI＿Master桥229

11.1.3 F2H＿AXI＿Slave桥230

11.2 AXI与Avalon-MM总线的互联230

11.3 Avalon-MM总线230

11.4 Avalon-MM Slave接口232

11.5 基本Avalon-MM Slave IP设计框架234

11.5.1 端口定义234

11.5.2 寄存器和线网定义235

11.5.3 Avalon总线对寄存器的读/写235

11.5.4 用户逻辑使用寄存器236

11.6 PWM控制器设计237

11.6.1 PWM IP核端口设计238

11.6.2 PWM IP核寄存器定义239

11.6.3 读/写PWM寄存器239

11.6.4 Platform Designer中封装PWM IP241

11.7 Avalon-MM Master接口255

11.7.1 常见的通用Avalon-MM Master主机256

11.7.2 DMA Controller256

11.7.3 Scatter-Gather DMA Controller256

11.7.4 Modular Scatter-Gather DMA258

11.7.5 Avalon-MM Master模板260

11.8 高速数据采集系统263

11.8.1 安装Avalon-MM Master模板263

11.8.2 完善Qsys系统265

11.8.3 修改Quartus中的Qsys例化269

11.8.4 测试逻辑设计271

11.9 本章小结275

第12章 Linux驱动编写与编译276

12.1 基本字符型设备驱动276

12.1.1 字符型设备驱动框架277

12.1.2 PWM控制器驱动的完整源码286

12.1.3 驱动编译Makefile291

12.1.4 Ubuntu下编译设备驱动292

12.1.5 字符型设备驱动验证293

12.2 基于DMA的字符型设备驱动297

12.2.1 Avalon-MM Master Write驱动298

12.2.2 Avalon-MM Master Write测试304

12.3 本章小结311

附录A 外设地址映射312

附录B HPS GPIO映射314

参考文献315