HPS是什么?包括哪些内容?

文章来自:http://bbs.eeworld.com.cn/thread-454766-1-1.html

1、HPS:Hard processor system 字面意思就是硬件处理器系统,应该指的是和arm核相连的硬件接口。

2、包括以下内容:
1)Single or dual-core ARM Cortex-A9 MPCore processor-up to 800 MHz maximum frequency with support for symmetric and asymmetric multiprocessing
支持一个或2个ARM Cortex-A9,频率最大能达到800MHz,两个处理器还可以设置成不同的处理速率,这点不知道有什么好处。

2)Interface peripherals —10/100/1000 Ethernet media access control (EMAC), USB 2.0
On-The-GO (OTG) controller, quad serial peripheral interface (QSPI) flash controller,
NAND flash controller, Secure Digital/MultiMediaCard (SD/MMC) controller, UART,
controller area network (CAN), serial peripheral interface (SPI), I2C interface, and
up to 85 HPS GPIO interfaces

接口外设,这个比较好理解,都是常见的arm接口,网口、USB,SPI等等

3)System peripherals —general-purpose timers, watchdog timers, direct memory access
(DMA) controller, FPGA configuration manager, and clock and reset managers

系统外设,这个也比较好理解,就是系统能不运行,而不和外界打交道的,比如定时器,看门狗,DMA控制器等

4) On-chip RAM and boot ROM
片上的RAM和POM,这个还不知道是什么玩意

5)HPS –FPGA bridges —include the FPGA-to-HPS, HPS-to-FPGA, and lightweight
HPS-to-FPGA bridges that allow the FPGA fabric to issue transactions to slaves in
the HPS, and vice versa

这个是比较关键的地方,HPS-FPGA之间的沟通机制

6)FPGA-to-HPS SDRAM controller subsystem —provides a configurable interface to
the multiport front end (MPFE) of the HPS SDRAM controller

接到HPS的SDRAM控制器,应该是和ARM的存储资源有联系

7)ARM CoreSight™ JTAG debug access port, trace port, and on-chip trace storage
这应该说的是调试接口和调试机制

### 硬件 HPS 的定义与功能 硬件处理器系统 (HPS, Hardware Processor System) 是一种集成在 SOC FPGA 芯片中的模块化组件,它包含了高性能的固化硬件逻辑处理器及其外设接口。这种设计使得 HPS 成为了一个专用的功能单元,在同一芯片上与其他可编程逻辑区域协同工作[^1]。 #### 主要功能 HPS 提供了一个完整的嵌入式处理子系统,通常基于 ARM Cortex-A9 或其他类似的 RISC 架构核心构建而成。它的主要职责包括但不限于运行操作系统、执行复杂算法以及管理外部设备通信等功能。具体来说: - **实时控制**:能够高效地完成各种工业自动化场景下的精确时间响应需求; - **数据处理能力**:具备强大的浮点运算能力和多媒体编解码支持等高级计算任务的能力; - **丰富的外设接口**:内置多种标准总线协议控制器如 USB、PCIe、Ethernet MAC 和 SATA 控制器等等,方便连接不同的外围器件实现复杂的系统级应用开发环境搭建。 #### 电气特性和供电要求 对于 HPS 部分而言,其电源电压有着严格的规定来保障正常运作状态下的稳定性能表现。其中涉及到两个重要参数分别是 VCCPD_HPS 和 VCCIO_HPS 。前者决定了后者所能接受的工作范围值,并且两者之间存在特定关系如下表所示[^2]: | VCCIO_HPS | 对应所需设置的VCCPD_HPS | |-----------|-----------------------------| | 2.5V | 必须为2.5V | | 1.8/1.5/1.2V | 只能设定成2.5V | | 3.0V | 应调整至3.0V | | 3.3V | 定义为3.3V | 值得注意的是,VCCIO_HPS 参数仅影响到 HPS 自身所关联的一系列输入输出端口区块操作条件而不涉及整个系统的全局配置情况. ```python def hps_power_config(vccio_hps): vccpd_hps_map = { '2.5': '2.5', '1.8': '2.5', '1.5': '2.5', '1.2': '2.5', '3.0': '3.0', '3.3': '3.3' } try: return f"VCCPD_HPS should be set to {vccpd_hps_map[str(vccio_hps)]}V" except KeyError as e: raise ValueError(f"Unsupported VCCIO_HPS value: {e}") print(hps_power_config(3.3)) ``` 上述代码片段展示了如何依据给定的 `VCCIO_HPS` 来决定合适的 `VCCPD_HPS` 设置方法. #### 学习建议及相关背景知识准备 如果打算深入研究有关于 HLS(High-Level Synthesis) 方面的知识,则除了掌握基本的 C/C++ 编程技巧之外还需要熟悉一些基础性的 FPGAs 结构原理概念。例如理解什么是 BRAM(Block RAM), DSP Slices 数字信号处理器切片单元的作用机制等内容都是必不可少的前提条件之一[^3].
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