随着亚微米技术的发展，fpga芯片密度不断增加，并以强大的并行计算能力和方便灵活的动态可重构性，被广泛地应用于各个领域。但是在复杂算法的实现上，fpga却远没有32位risc处理器灵活方便，所以在设计具有复杂算法和控制逻辑的系统时，往往需要risc和fpga结合使用。这样，电路设计的难度也就相应大大增加。随着第四代eda开发工具的使用，特别是在ip核产业的迅猛发展下产生的sopc技术的发展，使嵌入risc的通用及标准的fpga器件呼之欲出。单片集成的risc处理器和fpga大大减小了硬件电路的复杂性和体积，同时也降低了功耗、提高了系统可靠性。altera公司的epxa10芯片就是应用sopc技术，集高密度逻辑(fpga)、存储器(sram)及嵌入式处理器(arm)于单片可编程逻辑器件上，实现了速度与编程能力的完美结合。本文所介绍的图像驱动和处理系统正是应用了epxa10的这些特点，充分发挥了fpga逻辑控制实现简单、对大量数据做简单处理速度快的优势以及arm软件编程灵活的特点。

    1 内嵌arm核的fpga芯片epxa10及其主要特点

    epxa10单片集成了arm核、高密度的fpga、存储器及接口和控制模块，不仅简化了arm与fpga之间的通讯，也使片外扩展存储器以及和外设通讯变得相对简单；同时通过在fpga中嵌入各种ip核和用户控制逻辑可以实现各种接口和控制任务。这样的高度集成化不仅大大加快了arm与片内各种资源的通讯速度，而且减小了硬件电路的复杂性、体积和功耗，真正实现了sopc。

    epxa10内部结构框图如图1所示，主要分为嵌入式处理器和fpga两部分。

    1.1 嵌入式微处理器arm922t

    epxa10嵌入式处理器部分集成了业界领先的32位arm处理器(arm922t)，工作频率可达200mhz；支持32位armv4t指令集和16位thumb扩展指令集；具有全性能的内存管理单元以及8k的指令缓存和8k数据缓存，以支持实时操作系统(rtos)、c语言和汇编语言。

    1.2 高密度的fpga

    epxa10片内fpga部分具有1000000门可编程逻辑、3mb的内置ram和512个可供用户使用的i/o管脚，可以通过嵌入各种ip核实现各种标准工业接口(如pci、usb等)。

    1.3 先进的存储支持

    epxa10嵌入式处理器部分集成了256kb单口sram和128kb双口sram；同时集成了两个先进的存储支持：(1)sdram控制器，用于控制单倍速/双倍速sdram。sdram的各种工作状态是依据信号线上提供的不同控制时序来确定的，实现起来非常复杂。有了sdram 控制器的支持，只需要在altera公司提供的eda开发软件quartus ii中设置好sdram工作所需的各种参数，就可以按照直接给出指令、地址和数据的方式对sdram进行操作，控制器会自动将各种指令转化成sdram所需的工作时序，大大降低了对sdram的控制难度。(2)扩展总线接口(ebi)，可外接4个存储设备，如闪速存储器、sram等，总容量高达128mb。其中ebi接口0外接闪速存储器，用于存储用户的软件、硬件设计代码。

    1.4 方便的接口模块

    epxa10嵌入式处理器部分嵌入了串口通讯模块(uart)，可以不用编程直接实现arm与超级终端之间的串行通讯，实时监视软件的运行情况。如果要实现计算机与arm之间的数据传递存储，只需用户编写基于vc++语言的串口通讯程序，这需要用到microsoft公司提供的mscomm串行通讯控件。

    1.5 灵活的启动方式

    epxa10共有两种启动方式：(1)从arm启动。这种启动方式需要将设计下载到片外闪速存储器中，而且设计中必须包含对arm的应用。启动时arm为主动，配置各种寄存器及fpga，执行软件代码。(2)从fpga启动。这种启动方式需要将设计下载到片外e2prom中，而且设计中可以只包含fpga部分的应用。启动时fpga为主动，arm处于复位状态，配置完成后，如果有对arm的应用，则arm解除复位，执行软件代码；反之，arm一直处于复位状态。

    2 epxa10的工作方式

    epxa10嵌入式处理器部分提供了两条32位amba微控制器总线ahb1、ahb2，分别用于片内各种资源的通讯，如图1所示。基于ahb1、ahb2总线，epxa10的工作方式大致可分为三种：(1)arm作为ahb1总线的主控，直接访问ahb1总线的从属资源，包括sdram 控制器、片上sram、中断控制器等。(2)arm作为ahb1总线的主控，通过ahb1-2 桥访问ahb2总线上的从属资源，包括uart、ebi、sram、stripe-to-pld 桥等，同时通过stripe-to-pld桥对fpga进行访问和