Hoksmur

Насколько сильно различается программирование STM32 от ARM в Cyclone V/Zynq?
Контроллера - ничем или почти ни чем. А вот библиотеки - тут существенная разница. SPL, HAL, CubeMX -этого у вас не будет; скорее всего будет, но что-то другое. А Си-код он и в Африке Си-код.

Какая плата? У первой попавшейся, что я у них нашёл есть SWD разъем, к нему зацепиться попробуйте.

С кейлом не знаком, но попробую помочь.
*) Стек точно не стоит в одной памяти делать. Особенно, если это разные типы памяти. Чтобы сказать точно, нужно вдумчиво читать описания на МК.
*) Разделите по сегментам код/данные через атрибуты. Для gcc посмотрите примеры как делается, думаю - тут нечто близкое будет.
*) HardFault можете ловить и по другим причинам. Смотрите содержимое стека после срабатывания "ловушки" и что выше. Это не просто, но другие пути либо полагаются на опыт, либо ещё более трудоёмкие.

По аналоговой гляньте форум на сайте vrtp.ru Видел у них несколько коллективных разработок, хорошие материалы по усилителям. Это что вспомнилось.

Я знаю две причины:
1) поинтересуйтесь годом выхода ARDUINO и выходом указанного STM. На тот момент продукция Atmel была сильно популярней, а значит и больше людей, кто мог заинтересоваться проектом.
2) первая ARDUINO на Mega8 принципиальна была разработана под одностороннюю плату и DIP, точнее trought-hole компоненты. Для повторения "на коленке".
Может были и другие соображения, но они оправдались, так как проект "взлетел".
Вот для справки: https://www.arduino.cc/en/Main/ReleaseNotes первая версия вышла ARDUINO 0001 - 2005.08.25, в случае с STM32 - www.compel.ru/lib/ne/2011/2/3-stm32-epoha-32-bitny... Компания ST одна из первых выпустила свои микроконтроллеры Cortex-M3 (2007 г.)

У Альтеры (теперь Интела) есть такая штука, как JAM-player, может и у Xilinx-а есть подобное. Суть: создаётся конфигурационный файл, который представляет собой что-то вроде байткода, в результате которого конфигурируется ПЛ.
Вот, погуглил вместо вас:
https://www.xilinx.com/support/documentation/appli...
https://www.xilinx.com/support/documentation/appli...
Начните отсюда. Раз есть реализация для встаивания в МК, то и софт есть. Вам только портировать его надо под ваш адаптер.

Для Lua на esp8266 делал, но в ресурсы упёрся (не используйте Lua для "тонких" систем!). Поделиться? А вообще, после вкуривания хотя бы https://ru.wikipedia.org/wiki/HTTP всё прозрачно. Работа со строками. GET шлёт всё в адресе ресурса, POST в теле запроса (вместо HTML); в последнем случае могут быть варианты для способов кодирования: Content-Type.
UPD: не, у меня каша там полная. За давностью забыл. Вот, сами смотрите: https://github.com/Hoksmur/uLuaNode/raw/master/par...
Для начала можно ещё тут глянуть: we.easyelectronics.ru/electro-and-pc/podklyuchenie...
Ещё материалы (не читал, но вроде нормальные):
https://people.ece.cornell.edu/land/courses/ecepro...
www.nxp.com/assets/documents/data/en/application-n...
www.nxp.com/assets/documents/data/en/application-n...