刚接触SoC FPGA时，我对SoC FPGA的灵活性并没有领会多少，我只觉得它很复杂。为啥复杂？因为不懂嘛！查了好些资料，终于弄明白HPS IO复用的特性，也更加领会到SoC FPGA的灵活是说得一点都没错！
 
言归正传。
 
前面已经给大家介绍了SoC FPGA 是在单一芯片上集成了 基于ARM的硬核处理器系统（HPS）和 FPGA 逻辑资源的新型SoC 芯片。SoC FPGA 的 HPS端可以做到在有限的引脚资源上支持很多不同类型的外设，比如USB, I2C, SPI, UART, EMAC等等。这些引脚与外设不是一一对应的， 这些引脚是通过 HPS 引脚复用器切换不同的映射方式来支持不同功能外设的连接。这里映射方式选择有4种： set0 set1 set2 和 FPGA used。对应到具体的硬件产品上的设计时，引脚复用需要根据使用到的具体功能合理设置引脚复用。可能这样讲大家还是不能理解这个HPS IO复用是怎么去应用的， 别急，我来举个栗子：
 
5CSEB6 器件（DE10-Nano上的器件）的A22 B21引脚复用如下图2 所示（查看器件引脚复用对应的完整情况可参考Intel的引脚信息表
https://www.intel.com/content/dam/www/programmable/us/en/pdfs/literature/dp/cyclone-v/5cseba6.pdf。），从截图可看到A22 和B21 可以被选择当TRACE功能，也可以被选择为SPI功能，或者是UART，或者直接就是GPIO功能。
 
（注意这个截图中的 HPS Pin Mux Select 0 1 2 3 代表四种不同选择，但 不是对应后面HPS IP设置界面的 HPS I/O Set0、1、2 。）
 
                                                                                   （图1）DE10-Nano开发板的5CSEB6 器件 引脚 信息对应表
 
但5CSEB6 器件安装到DE10-Nano（http://www.terasic.com.cn/cgi-bin/page/archive.pl?Language=China&CategoryNo=182&No=1048）开发板以后，它的 A22 B21引脚被固定接UART0 设备了：
 
                                                          （图2）DE10-Nano 电路图
 
                                                                               （图3）DE10-Nano 的实际硬件（UART接口）
 
因为DE10-Nano 的外围电路已经固定到UART0， 那么用户在设置 HPS IP 时，UART0的 UART0 pin要设置为HPS I/O Set0 ，UART1不用设置（DE10-Nano硬件上是使用了HPS端的 uart0，没使用uart1）。这就是按照硬件具体情况设置HPS IP 的IO复用。
 
                                                            （图4）该界面是通过打开Quartus Prime软件里面的Platform Designer的HPS IP
 
那大家肯定会问，为啥 UART0 pin 这里是选 HPS I/O set0 呢？怎么不选择HPS I/O set1或者HPS I/O set2？ 那是因为在HPS 映射方案里面set0 才将 A22 B21 映射为UART0了（如下图5所标注的）。（另外还可以参考我后来博客 https://www.cnblogs.com/DoreenLiu/p/14242046.html 的解释）
 
                                                                                                                  （图5）
 
如果这些可复用的引脚没有被复用，那么空闲的它们也可以被HPS GPIO外设使用。具体操作是在Peripherals Mux Table下, 单击倒数第二列中的GPIOxx按钮，即可启用对应的GPIO端口，这时无需设置set0 还是set1等 。这些GPIO 有用于连接HPS用户灯的，有用于连接HPS用户按钮的，等等。
 
                                                                                                                                （图6）
眼尖的用户可能发现最右边还有一排 LOANIO，这个是干什么用的呢？ “LOAN” 是借贷的意思，这里是表示 当这些引脚没有被HPS外设所用的时候，也可以将其借给FPGA用，被FPGA所控制。 注意这时必须先配 这些管脚为HPS相应管脚再借给FPGA。这种情况在一般的实际应用中其实比较少见。
 
Pin Mux标签的底部是一个冲突信息提示框，显示每一引脚复用的使用情况。如果出现引脚冲突，这也会显示在提示框中。假设将一组管脚即分配外设EMAC1， 又分配给NAND 外设，显示框就会显示EMAC1的引脚和NAND的引脚使用冲突了（如图7所示），为解决这一冲突问题，需要查看开发板硬件实际对应情况。在允许生成系统前，应确保HPS组件的冲突信息提示框没有错误。
 
                                                                                       （图7）
 
关于HPS 端外设的引脚 要不要手动分配？请参考我后来的博客： https://www.cnblogs.com/DoreenLiu/p/14242046.html