FPGA上的嵌入式Linux

我对FPGA的经验非常有限（Altera-仅使用视觉设计工具）。

我正在计划一个需要FPGA的新项目，并且可以从运行在同一块板上的实际linux中受益匪浅（主要用于TCP通信以及某些DSP）。

我的问题是，是否有推荐的FPGA，它为此准备了受支持的嵌入式Linux？没有花哨的驱动程序（仅以太网，wifi可能是一个加号，...）。我想象FPGA中会内置一个微控制器（这意味着它将占用大量FPGA，而我需要一个更大的FPGA）。

能够运行no-mmu版本的linux的教科书32位RISC处理器内核实际上并不需要那么大-所需的实际资源是比任何FPGA都更多的RAM（10兆字节），因此您我可能会在板上需要SDRAM，而在FPGA中则需要一个控制器。

就是说，如果您想获得比平凡的性能更高的性能，则可能需要具有一些优化（流水线等）的内核，并且这会在某种程度上增加大小。添加完整的mmu将使内存（重新）分配更加有效，并启用通常的写时复制fork（）行为。

两家主要的FPGA供应商都拥有带有可用Linux端口的软处理器内核-用于Xilinx的Microblaze，用于Altera的Nios II。您可能应该阅读他们的文档，以了解特定的平台建议，因为它当然是随时间变化的目标。如果第三方核心设计是以更可移植的方式编写的，并且没有针对给定的FPGA系列进行专门优化，则其性能可能会更大。

从历史上看，已经有可用的芯片将硬核（通常是powerpc）与可配置的FPGA结构区域结合在一起。要查看的另一种选择是与FPGA在同一板上的独立处理器（可能是ARM）。

很多决定将取决于您需要多么紧密地耦合处理器和FPGA。如果您可以将问题减少到配置寄存器和数据流，则它可以像将带有快速USB芯片的FPGA板悬挂在BeagleBoard或RasberryPi等嵌入式Linux板的USB主机端口上一样模块化。为了实现更紧密的集成，您可能希望将FPGA放在同一块板上并位于处理器的外部总线上。或者对于低数据速率，将SPI寄存器接口放置在FPGA中是微不足道的，而UART接口则完全可行，尽管有点棘手。

最后，这是一个问题，如果您实际上需要一个完整的操作系统（例如linux），还是一个“微控制器大小”的嵌入式TCP堆栈是否可以解决您的问题，同时又需要更少的内存。

赛灵思的Microblaze可以运行Linux并能很好地运行，前提是它足够快地满足您的目的-在较便宜的设备中只能实现10s的MIPS，而在昂贵的设备中只能达到100-200 MIPS。

Xilinx有一个git repo，或者有一些Xilinx特定的发行版。由于您的存储器映射和IRQ映射，甚至可用的外围设备都可能在项目开发过程中发生变化，因此FPGA的灵活性可能会有些痛苦，而且会带来很多麻烦。

Petalinux具有脚本来管理这种情况，并根据您最新，最出色的系统设计来更新重要的内核配置。

Xilinx的Virtex系列具有带有硬核PowerPC的FPGA版本。在PowerPC上运行Linux相当容易，我的学生已经在许多高级设计项目中做到了。他们仍然具有大量可配置的结构，可以满足您的硬件设计需求。

该Virtex2临评估板是在教育和学术研究项目十分常见。由于Xilinx在其最近的工具中已不再支持该版本的芯片，因此您可以以相对便宜的价格购得该芯片。我认为它在9.x左右的版本中都受支持。嗯 那是几年前的事，所以也许我有点怀旧了。无论如何，我仍会将这些委员会分发给感兴趣的学生，让他们随心所欲地做任何事情。

Actel的SmartFusion在单芯片设备中将FPGA与硬IP ARM Cortex-M3内核和高级模拟引擎集成在一起。

uClinux在SmartFusion的Cortex-M3内核上运行良好。检查此站点以获取更多详细信息。

根据您的时间框架，您可能还会研究Xilinx的新Zynq-7000系列，该系列将ARM处理器与Artix-7或Kintex-7结合在一起。赛灵思声称他们将在2012年下半年开始量产。

其他供应商可能有类似的产品。我不知道Xilinx是否或何时将Zynq支持引入免费的ISE WebPack。现在，他们声称您需要ISE嵌入式版本。