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来源：北京艾睿合众科技有限公司 &&&&
图1 SEED-HPS6678(A)方案应用领域
图2 TMS320C6678功能框图
图3 Stratix IV GX 40nm EP4SGX180KF40C FPGA功能框图
图4 SEED-HPS6678(A)功能扩展
EP4SGX180KF40C的主要特点如下：
• 24Gbps~8.5Gbps的全双工收发器
• 12Gbps~6.5Gbps的全双工收发器
•专用电路支持
- PCI Express 1.0/2.0 ×1×4×8
-千兆以太网（GbE）
-串行RapidIO
- SONET/SDH
- XAUI/HiGig
- SD/HD/3G-SDI
- Interlaken协议
- 175750 Les
&# M9K RAM块20 M144KRAM块
&#×18 DSP块
这两款高性能处理器对系统的性能提升并没什么什么帮助，是因为有一个关键的瓶颈，就是数据通信，如果数据通信没有设计好，那么两个高性能处理器没有办法相互工作，就得不到更好的效果，甚至还浪费资源。针对这个问题，采用SRIO协议在两者之间建立一个高速的通路，可以达到速度的3.125×4，这样一来，FPGA和DSP一起工作时候，数据通信瓶颈问题就得到了有效的解决。而且根据SRIO协议的规则，端点处理器可以通过SRIO协议的规则直接操作另一端的存储空间，也就是说，FPGA可以在不占用DSP内核时钟周期的情况下就把数据写入DSP的内存里，等写完后再给DSP发一个中断，表示数据已经写完了，DSP可以处理了。所以，通过SRIO协议，DSP和FPGA可以完成很好的协同工作，我们所要做的是把任务按照FPGA和DSP各自的能力分配给它们，比如算法重复，数据量大的工作可以分配给FPGA去做，而算法复杂多变的任务可以交给DSP去做，充分发挥了各自的潜能，利用了优势弥补了缺点。
只有SRIO通道，系统还是不完整的，我们根据实际需求在外部扩展了很多重要的部件，如图4所示，给DSP和FPGA各自扩展了1G的DDR3内存，系统在大批量数据处理时能临时存放大批量数据，在DSP需要运行很大的程序的时候也能把程序放在DDR3里。另外，DSP和FPGA都扩展了2个千兆网口，可以让系统直接运用到网络通信场合中，做一些网络协议处理。不仅如此，在DSP端还扩展了PCIE X2的接口，让板卡作为高速PCIE板卡使用，在FPGA还有HSMC X3接口，这个接口是高速差分信号标准端口，具体的信号定义可以由用户自己决定，由于FPGA的编程灵活性，各种不同功能的子卡都能由这些接口获得。
SEED-HPS6678(A)功能架构如图5所示，包括电源部分、时钟源等等。设计时，在芯片选型时要注意时钟的抖动参数是不是能满足DSP和FPGA的要求，尤其是作为高速通信参考时钟的芯片，如果时钟芯片的抖动参数太大有可能会造成高速通信完成不了。在电源选型时需要注意电压和功率，还需要注意电源芯片的杂波等参数。
输入的电源是+12V，3A的直流电源，通过不同的芯片产生不同的电源，在选型时需要注意给DSP外设供电的+1.0V_DSP_AVS（UCD9222）和+1.0V_DSP_FIXED（UCD7242），是专门用于TMS320C6678的。
CPLD采用Altera公司的EPM2210，实现的功能包括上电顺序、复位信号、DSP启动模式、时钟芯片控制和FPGA程序加载。
图5 SEED-HPS6678(A)功能架构
图6 高清视频处理系统
SEED-HPS6678(A)技术亮点包括第一，高端双CPU处理器，即拥有最高10GHz主频的超强TI的8核DSP和拥有36个高速transceivers模块的Altera StratixⅣ GX高端FPGA。第二，DSP与FPGA之间的高速接口，高速串行接口 SRIO（3.125G×4）。第三，灵活的通用扩展接口，HSMC可根据用户需求设计不同高速接口。
SEED-HPS6678(A)硬件参数如表1所示。
表1 SEED-HPS6678(A)硬件资源
SEED-HPS6678(A)应用
SEED-HPS6678(A)可以用在不同的应用场合，比如高清视频处理系统，如图6所示，这里需要HSMC接口扩展一个SDI视频输入子卡，外部的视频信号可以通过摄像头进入到的FPGA里，在FPGA里，可以对信号进行预处理，比如格式转换、去噪声等，之后，再通过高速SRIO接口让DSP做复杂的处理，比如模式识别，文字提取等等。然后DSP可以通过高速SRIO接口发FPGA回信号，让FPGA把视频信号输出到各种不同的显示设备。当然也可以通过千兆网将视频信号直接发送给PC端。通过这个方案，FPGA和DSP有了各自不同的分工，整个系统效率就会比单个DSP或者单个FPGA要高很多。
在机器人运动控制系统中，如图7所示。SEED-HPS6678(A)也可以发挥很好的作用。机器人除了基本的运动系统以外，还有很多的识别功能，全身有很多的摄像头、位移传感器、陀螺仪等，都可以通过HSMC扩展板卡的方式将这些信号接入到SEED-HPS6678(A)的FPGA里，通过FPGA进行信号整合，然后，通过SRIO接口发送到DSP，DSP通过高速计算，算出机器人最后的姿态再转换为电机的控制量发送给FPGA，由FPGA控制电机。这个系统可以很好地完成机器人的控制。
图7 机器人运动控制系统
在通信领域，如图8所示，通过雷达接收到的信号，通过HSMC扩展一个可以采集信号的AD/DA磁卡，把信号送到FPGA，由FPGA做一个信号的收集和预处理的工作，比如信号滤波和傅里叶变换等等，再把信号送到DPS处理，HSMCADA磁卡是选配的。AD/DA子模块可以配合SEED-HPS6678(A)平台，实现高速数据采集分析系统。其中HSMC接口为高速数据传输的可靠性提供了保证。
图8 通信系统
SEED-HPS6678(A)测试例程及支持
SEED-HPS6678(A)配套例程及文档包括软件环境：Ti Code Composer Studio (CCSv5.2)；Altera(Quartus Ⅱ12.1)。
在DSP方面，配套测试例程有：LED测试例程；UART测试例程
Gbit PHY测试例程；DDR3测试例程；FLASH启动例程；PCIe启动例程。
在FPGA方面，配套测试例程有：LED测试例程；UART测试例程；Gbit PHY测试例程；DDR3测试例程。
配套文档包括原理图和硬件、软件使用指南。
问：SEED-HPS6678（A）应用方案主要面向什么领域的应用？
答：高清图像处理、高清视频信号处理、复杂运动控制系统、高速通信系统等、凡是涉及到高速信号系统的都可以应用。
问：协同调度程序由谁承担？
答：根据需要都可以承担，但是DSP端上系统方便一些，用DSP来承担更合理。
问：FPGA与DSP通过什么总线通讯？FPGA有相应的IP吗？
答：SRIO emif，有IP核。SRIO目前速度可以达到5G×4。艾睿合众开发板的例程里有完成的例程。
问：SEED-HPS6678（A）使用什么样的IDE开发环境，支持什么语言来编程？
答：使用TI的CCS5即可，支持C语言。
问：A/D器件采样速率和工作带宽最高能达多大？输出信号的信噪比多少？
答：AD采用速率为125MHz，理论工作带宽300M。输出信号信噪比需要结合实际的例程测试，不同例程结果会有不同。
问：提供程序服务吗？
答：板卡FPGA和DSP所有外设及接口都有相应的测试例程。
问：高速信号处理能力如何？可以支持多大程度的实时处理呢？
答：具有10G的处理能力，实时地程度也要相应的看任务量和系统调度，DSP的处理能力应该已经到最高一级了。
问：SEED-HPS6678（A）的通信接口有哪些？
答：SEED-HPS6678（A）与FPGA通过SRIO×4通信，同时外扩有千兆网口，PCIE×2接口，可以选配hyperlink接口。
问：8个核如何协调运行？如何仿真？
答：SEED-HPS6678（A）采用KeyStone结构，其中core0是主核，核间通讯可以通过IPC进行。每个核都可以独立仿真。
问：各个内核和FPGA的任务如何分配？
答：这个是需要根据实际应用场合来灵活分配的，没有固定的标准，分配是否合理决定着系统能发挥怎样的效率，常规来说，需要大批量重复计算的任务建议放到FGPA，比如信号的傅里叶变幻的。一些高级的算法建议放到DSP，比如复杂控制算法等。
问：FPGA和DSP的一起应用，跟单独用FPGA的做信号处理优势有哪些？
答：有很多应用场合，比如视频领域的人脸识别、控制领域的模糊控制、图像处理领域的模式识别用FPGA是很难处理的，所以FPGA+DSP能够更好地进行信号处理。
问：DSP与FPGA的内存是共享的吗？
答：DSP与FPGA有各自独立的内存，DSP的8个核间也有独立的存贮空间和公用的内存空间。
问：A/D，D/A可以融入FPGA中吗？
答：这款SEED-HPS6678（A）在搭配HSMCADA子卡使用时，程序就是在SEED-HPS6678（A）的FPGA中设计的。所以采集到的信号会直接进入FPGA，同时DA也由HPS6678上的FPGA直接控制。
问：一级启动程序是DSP自带的吗？
答：TI官方的mcsdk开发包中完整的程序，我们的例程也提供了一级启动程序的使用方法。
问：此款芯片支持XDS560仿真器吗？
答：支持的，不过需要在设计板卡时将JTAG接口设计成14引脚或者20引脚。
问：TI的6678从性价比来看适合做什么项目的开发？
答：6678主要特点是性能高，比较适合需要高性能芯片的一些场合。与SEED-HPS6678（A）同一系列还有性能相对较低、价钱也更便宜的、6674等，还有低功耗芯片665x系列。
问：TI8核DSP+ALTERA StratixIV FPGA支持哪些通信协议？
答：DSP和FPGA之间通过SRIO×4 以及EMIF接口通信。整个板卡与外部通信协议有千兆网、PCIE、RS232以及可选配的hyperlink。有其他通信协议需求的话可以通过HSMC扩展。
问：面对两种不同器件的开发，如何整合开发平台，有完整仿真及测试环境？
答：两种器件需要不同的开发环境，FPGA需要quartus 12.1 ，DSP需要CCS v5，两者是独立的。
问：此处理方案的成本大概是多少？
答：因为方案扩展后有很多外设，以及很多时钟，如果自己设计板卡的话，可以通过减少外设来降低成本。
问：请问各个内核之间是程序运行时如何通信的？
答：可以采用多种通讯手段，例如，使用消息机制及共享内存进行通讯。
问：能否应用到安防监控系统中？
答：可以的，需要根据外部需要接什么设备来扩展相应的HSMC子卡就可以了，比如需要接视频信号，扩展HSMC视频子卡就可以，另外艾睿合众的DVS8168也可以用在安防监控系统中。
问：请问FPGA的8个处理器在本系统上的分配策略和方式吗？
答：如果指DSP的8个处理器，可以用0核作为主核调度其他7个核的运行状态，也可以将8个核设计成消息处理运行机制，即muticore navigator接收到消息后，自动分配给各个核让他们去处理。
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