大多數(shù)FPGA設計者從邏輯設計做起，對軟件級設計接觸不多，但目前的項目中都少不了處理器軟件C的設計，下面接著看下《UltraFast 嵌入式設計方法指南》中關于軟件設計方面的內容，主要分3部分：軟件設計需要考慮的事項、設計流程及調試等。

1. 軟件設計考慮事項

軟件設計時，需要先搭建一個處理器到系統(tǒng)中，處理器可以是硬核（如ZYNQ的ARM），也可以是軟核（如NIOS II），所有的內容均圍繞處理器方面設計展開：處理器配置，操作系統(tǒng)選擇，庫和中間件，啟動加載器，軟件開發(fā)工具（SDK）。

• 處理器配置：配置核心頻率、多處理單元協(xié)調和數(shù)據(jù)程序存儲空間分配、中斷等；

• 操作系統(tǒng)選擇：選擇操作系統(tǒng)活著裸跑；

• 庫和中間件：方便設計者高效的使用底層硬件的過渡層接口；

• 啟動加載器：方便操作系統(tǒng)的BOOT設計；

• 軟件開發(fā)工具：C開發(fā)環(huán)境，類似NIOS IDE開發(fā)環(huán)境。

當我們自己在邏輯部分設計了一個底層邏輯后通過接口（一般是總線接口）連接到處理器后，也可以自定義自己的操作接口，通過SDK來操作底層邏輯。如三角函數(shù)處理器運算太慢，可以在邏輯中設計一個三角函數(shù)后SDK中只需將運算的數(shù)據(jù)寫入對應reg中后得到運算結果，這就實現(xiàn)了硬軟件協(xié)調處理功能。

2. 軟件設計流程

軟件設計流程如下圖：

其中：

• 板啟動開發(fā)工作包括開發(fā)低級固件、設置啟動次序、針對接口和外設的基本測試，劃分了下列階段：PS 初始化 ，PL 配置 ，儲存器和外設測試，軟件和硬件調試；

• 驅動開發(fā)為 SoC 和板載外設開發(fā)軟件驅動，用于為OS或裸機應用等更高軟件層建立接口；

• 針對裸機或 Linux 或 FreeRTOS 等操作系統(tǒng)開發(fā)出了相關可運行應用。

設計中要注重層次，多學習C++等高級語言設計技巧，這樣可以保證設計的簡潔和可維護性，一般FPGA對C設計接觸比較少從業(yè)者寫的C代碼一團亂麻。

3. 調試

系統(tǒng)調試中，PL部分就是我們常用的Modelsim仿真+在線邏輯分析儀等，PS部分就是斷點、單步，查看內存等。關于調試的經驗技巧下次搞篇文章分享。

軟件調試中，需要在處理器配置配置合適的的選項，SDK中靈活使用，同時需要注意：調試完成得到最終發(fā)行版本時，記得去掉在線邏輯分析儀和處理器JTAG配置，因為這樣會省掉不少資源，時序和功耗當然會更好。

4. 其它

理解啟動加載器的流程對理解軟硬件協(xié)同+Linux有很大幫助:

在為SoC 加電時，啟動過程從BootROM 開始。啟動過程先從片上儲存器 (OCM) 加載然后啟動執(zhí)行第一階段啟動加載器 (FSBL)。FSBL負責配置具體的初始化。

然后根據(jù)軟件架構，第二階段啟動加載器，如使用嵌入式 Linux 時的 U-Boot進行初始化并執(zhí)行。 FSBL 和/或 SSBL 啟動 RTOS 或嵌入式 Linux 以及應用代碼。如果沒有操作系統(tǒng)，則是裸跑，好多步都沒有。簡單說裸跑就是51單片機C程序開發(fā)，而跑系統(tǒng)則是ARM高端應用程序開發(fā)，原理性相差不大，可以自己查閱資料了解，不需要馬上都懂，因為隨著時間和經驗的積累，這些你會慢慢要了解并使用鞏固。

5. 總結

FPGA大多是邏輯開發(fā)者，但只做邏輯的話局限性太大，而且現(xiàn)在的趨勢也是FPGA軟件話了，SDSOC就是證明。所以，我們應該提前擴充知識面，而且你會發(fā)現(xiàn)復雜軟件設計和操作系統(tǒng)經驗上有很多技巧也可以借鑒，更好地借鑒能幫助我們軟+硬+系統(tǒng)結合，設計出更有成就感的架構應用于項目中。