RK3588+FPGA异构融合方案：兼顾通用计算、并行处理与实时控制

导语：

随着工业视觉、高速数据采集和工业自动化设备不断提升数据处理能力，单一处理器架构逐渐难以同时满足复杂应用、并行计算、高速接口和实时控制需求。

RK3588拥有较强的通用计算、图形显示和应用运行能力，但面对多通道同步采集、高速数据预处理、专用接口转换以及低时延控制任务时，仍需要更加灵活的硬件处理单元。

针对这类需求，该方案采用瑞芯微RK3588主处理器与紫光同创PG3T500国产FPGA组成异构融合架构，由RK3588负责操作系统、应用程序和复杂业务处理，FPGA负责并行数据处理、接口扩展及实时逻辑控制，从而兼顾计算性能、处理效率与接口灵活性。

01

在RK3588+FPGA架构中，两颗处理器根据各自特点承担不同任务。

RK3588适合运行操作系统、图形界面、网络服务、设备管理程序和上层业务应用，也可以负责数据分析、图像处理及算法运行。

FPGA可以根据项目需求重新配置内部逻辑，适合承担：

● 多通道数据同步采集；

● 高速数据预处理；

● 图像数据缓存与转换；

● 自定义通信协议；

● 并行逻辑运算；

● 精确时序控制；

● 高速接口扩展；

● 低时延设备控制。

通过合理划分任务，能够减少大量实时数据处理对RK3588系统资源的占用，同时避免操作系统任务调度对实时控制造成影响。

02

方案中的RK3588侧配置8GB LPDDR4X内存和32GB eMMC存储。

8GB内存可为操作系统、图形界面、多进程应用和数据处理程序提供运行空间；32GB eMMC用于存放系统固件、应用程序、配置文件和业务数据。

RK3588侧通过板对板连接器引出的主要接口包括：

这些接口可以连接显示屏、摄像头、固态硬盘、无线通信模块、网络设备及其他外围硬件，为不同类型的功能底板提供扩展基础。

由于部分接口存在管脚复用关系，实际可同时使用的接口数量和组合需要根据核心板引脚定义、底板设计及软件配置确定。

03

FPGA侧采用紫光同创PG3T500，基于12nm工艺设计，内部集成可配置逻辑模块、存储资源、算术处理单元、PCIe硬核和多速率以太网硬核。

PG3T500的主要逻辑资源包括：

较为充足的逻辑、存储和算术处理资源，使FPGA能够同时部署多路采集、缓存、数据转换和自定义逻辑模块。

PG3T500还支持位流加密与认证，并提供器件唯一标识UID，可用于保护FPGA配置文件和用户逻辑设计。

04

FPGA侧配置2GB DDR4内存和256Mbit SPI Flash。

其中，DDR4可以作为高速数据缓存，用于保存采集数据、图像帧、中间处理结果或待传输数据；SPI Flash用于存放FPGA配置位流及相关启动数据。

独立的DDR4内存能够让FPGA在不频繁占用RK3588内存带宽的情况下完成数据缓存和分批处理，适合连续图像流、高速采样数据及大容量数据交换场景。

05

RK3588与PG3T500之间采用PCIe 3.0接口通信，使用4-Lane通道，传输速率可达约4GB/s。

PCIe高速链路可以用于传输：

● 摄像头或图像传感器数据；

● 高速ADC采样数据；

● FPGA预处理结果；

● RK3588下发的配置参数；

● 控制指令和设备状态；

● 算法处理后的反馈数据。

与低速串行接口相比，PCIe 3.0×4能够承载更大的连续数据流，更适合图像采集、高速测量和实时数据处理等应用。

系统还保留I²C和GPIO等处理器间连接，可用于配置管理、中断通知、复位控制和状态交互。大容量数据通过PCIe传输，控制及状态信号通过I²C或GPIO完成，有利于建立清晰的数据通道与控制通道。

06

FPGA侧通过板对板连接器引出近140路IO，可根据实际项目需求配置为千兆以太网、PCIe、LVDS及其他数字接口。

FPGA IO功能由内部逻辑定义，相较于固定功能的处理器接口，能够针对不同项目配置数据位宽、时钟、通信协议和控制时序。

这些IO资源可以用于连接：

● 高速ADC或DAC；

● CMOS及其他图像传感器；

● LVDS采集设备；

● 高速通信模块；

● 电机和执行机构；

● 工业传感器；

● 自定义并行总线设备。

需要注意的是，近140路IO代表FPGA侧可引出的接口资源。实际接口类型、速率、电气标准和并发数量仍需结合FPGA管脚分配、Bank电压、底板布线和逻辑设计确认。

07

以工业视觉设备为例，摄像头或图像传感器的数据可以先进入FPGA，由FPGA完成同步、缓存、格式转换及基础预处理，再通过PCIe 3.0×4传输至RK3588。

RK3588完成图像分析、算法处理、结果显示和网络传输后，可以将控制参数或处理结果发送回FPGA，由FPGA输出确定时序的控制信号。

整体处理流程可以概括为：

传感器或高速接口→FPGA采集与预处理→FPGA DDR4缓存→PCIe高速传输→RK3588业务及算法处理→显示、存储或网络输出

在高速数据采集设备中，也可以由FPGA完成多通道同步采样、触发判断和数据打包，仅将有效数据发送给RK3588，从而降低主处理器的数据处理压力。

08

除RK3588和FPGA外，核心板还集成加密芯片和看门狗器件。

加密芯片可以为设备身份认证、数据保护和安全通信提供硬件基础；看门狗可监测系统运行状态，在软件异常或系统失去响应时触发复位，提高设备长时间运行的可靠性。

FPGA本身支持位流加密、位流认证及UID功能，可以防止配置文件被直接读取或非法替换，为用户的FPGA逻辑设计提供保护。

完整的产品安全方案还需要结合安全启动、密钥管理、系统权限、通信加密和升级认证机制进行设计。

09

FPGA负责图像采集、同步、缓存和预处理，RK3588负责算法分析、界面显示和结果输出，可用于视觉检测、缺陷识别、尺寸测量和设备状态识别。

利用FPGA的高速IO和并行处理能力接入多路图像数据，通过PCIe传输至RK3588，适合多摄像头采集、图像拼接及实时显示设备。

FPGA连接高速ADC或其他采集器件，完成多通道同步、触发判断、缓存和数据打包，RK3588负责数据分析、存储和网络上传。

利用FPGA实现自定义通信协议、数据帧处理和接口时序控制，RK3588运行网络服务、管理程序和上层通信应用。

FPGA负责低时延逻辑控制和精确时序输出，RK3588负责设备管理、图形界面、数据记录及远程通信。

对于既需要Linux软件生态，又需要并行硬件处理和自定义高速接口的设备，可以将复杂应用部署在RK3588侧，将固定算法或实时逻辑部署到FPGA侧。

方案总结

RK3588+PG3T500异构融合方案将通用计算、并行数据处理和实时逻辑控制集中在一块核心板上。

RK3588侧配置8GB LPDDR4X和32GB eMMC，提供显示、摄像头、网络、USB、PCIe和SATA等接口；FPGA侧配置2GB DDR4、256Mbit SPI Flash，并引出近140路可配置IO。两者通过PCIe 3.0×4高速链路通信，传输速率可达约4GB/s。

该方案既能发挥RK3588在操作系统、图形界面和应用处理方面的优势，也能利用PG3T500完成高速采集、并行处理、自定义接口和实时控制，适用于工业视觉、高速数据采集、通信设备、工业自动化及其他需要CPU与FPGA协同工作的高性能嵌入式应用。