技術分享！國產ARM + FPGA的SDIO通信開發介紹！

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SDIO總線介紹

SDIO(Secure Digital lnput and Output)，即安全數字輸入輸出接口。SDIO總線協議是由SD協議演化而來，它主要是對SD協議進行了一些擴展。

SDIO總線主要是為SDIO卡提供一個高速的I/O能力，并伴隨著較低的功耗。SDIO總線不但支持SDIO卡，而且還兼容SD內存卡。支持SDIO的設備比如手機和相機不僅能支持SD卡，TF卡，隨著SDIO硬件設備的擴充SDIO總線的外圍能夠支持更多的SDIO設備比如Bluetooth，WIFI，GPS，Camera sensor等，它們的識別過程跟SD卡類似，主要差別是在SD協議的基礎上做了些擴展。

圖1 SDIO總線通信原理

國產ARM + FPGA架構介紹與優勢

近年來，隨著中國新基建、中國制造2025規劃的持續推進，單ARM處理器越來越難勝任工業現場的功能要求，特別是如今能源電力、工業控制、智慧醫療等行業，往往更需要ARM + FPGA架構的處理器平臺來實現例如多路/高速AD采集、多路網口、多路串口、多路/高速并行DI/DO、高速數據并行處理等特定功能，因此ARM + FPGA架構處理器平臺愈發受市場歡迎。

因此，創龍科技一年前正式推出了基于全志T3 + 紫光同創Logos處理器設計的ARM + FPGA全國產工業核心板，國產化率達100%。

全志T3為準車規級芯片，四核ARM Cortex-A7架構，主頻高達1.2GHz，支持雙路網口、八路UART、SATA大容量存儲接口，同時支持4路顯示、GPU以及1080P H.264視頻硬件編解碼。另外，創龍科技已在T3平臺適配國產嵌入式系統翼輝SylixOS，真正實現軟硬件國產化。

紫光同創Logos PGL25G/PGL50G FPGA在工業領域應用廣泛，邏輯資源分別為27072/51360，與國外友商產品pin to pin兼容，主要用于多通道/高速AD采集或接口拓展。因其價格低、質量穩定、開發環境易用等優點，受到工業用戶的廣泛好評。尤其是開發環境，最快3天可完成從國外友商產品到紫光同創產品的切換。

圖2 ARM + FPGA典型應用場景

國產ARM + FPGA的SDIO通信案例介紹

本章節主要介紹全志科技T3與紫光同創Logos基于SDIO的ARM + FPGA通信方案，使用的硬件平臺為：創龍科技TLT3F-EVM工業評估板。最終實測寫速率為5.678MB/s，讀速率為5.744MB/s，誤碼率為0。

案例功能

該案例實現T3(ARM Cortex-A7)與FPGA的SDIO通信功能。

ARM端sdio_test案例實現SDIO Master功能，具體如下：

（1）打開SDIO設備節點，如：/dev/generic_sdio0；

（2）發送數據至SDIO總線，以及從SDIO總線讀取數據；

（3）校驗數據，然后打印讀寫速率、誤碼率。

FPGA端dram_sdio案例實現SDIO Slave功能，具體如下：

（1）FPGA將SDIO Master發送的數據保存至DRAM；

（2）SDIO Master發起讀數據時，FPGA從DRAM讀取數據，并通過SDIO總線傳輸至SDIO Master。

圖3 ARM端程序流程圖

案例演示

評估板上電后，請先固化FPGA案例dram_sdio_xxx.sfc可執行程序至FPGA端，FPGA需在ARM驅動加載前完成初始化。再將ARM端可執行文件sdio_test、"driver\bin\generic_sdio.ko"驅動拷貝至評估板文件系統任意目錄下。

評估板上電啟動，在generic_sdio.ko驅動所在路徑下，執行如下命令加載驅動。

Target#insmod -f generic_sdio.ko

圖4

執行如下命令，可查看設備節點。

Target#ls /dev/generic_sdio0

圖5

執行如下命令，可查詢程序命令參數。

Target#./sdio_test -h

圖6

執行如下命令，ARM通過SDIO總線寫入隨機數據至FPGA DRAM，然后讀出數據、進行數據校驗，同時打印SDIO總線讀寫速率和誤碼率，如下圖所示。

Target#./sdio_test -d /dev/generic_sdio0 -s 1024

參數解析：

-d：設備節點路徑；

-s：設置傳輸數據大小，單位為Byte。

圖7

本次測試SDIO總線通信時鐘頻率為最高50MHz，則理論通信速率為：(50 x 4 / 8)MB/s = 25MB/s。從上圖可知，則可以清晰看到實測速率結果。

備注：實測速率相比理論速率偏低，與ARM端驅動和FPGA端邏輯實現、IP核配置有關。