基于SoPC目標(biāo)板Flash編程設(shè)計(jì)的創(chuàng)建及應(yīng)用

1、基于sopc目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)的創(chuàng)建及應(yīng)用隨著工藝技術(shù)的不斷進(jìn)展和集成度的提高，系統(tǒng)由板級(jí)向芯片級(jí)過(guò)渡，形成一種新的設(shè)計(jì)辦法一片上系統(tǒng)(system on chip，簡(jiǎn)稱)。soc從囫圇系統(tǒng)的角度動(dòng)身，把處理機(jī)制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次，直至器件的實(shí)際電路緊密銜接起來(lái)，在單個(gè)(少數(shù)幾個(gè))芯片上實(shí)現(xiàn)囫圇系統(tǒng)的功能。同時(shí)隨著現(xiàn)場(chǎng)可編程規(guī)律陣列()技術(shù)的日益成熟，將pld與嵌入式處理器ip軟核相結(jié)合，形成基于可編程片上系統(tǒng)(system on programmable chip，簡(jiǎn)稱 sopc)的soc解決計(jì)劃，使得越發(fā)靈便的sopc成為現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的進(jìn)展趨勢(shì)。sopc是公司提出的一

2、種靈便、高效的soc解決計(jì)劃。它將處理器、存儲(chǔ)器、io口、lvds、cdr等系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要的功能模塊集成到一個(gè)可編程器件上，構(gòu)成一種特別的可編程片上嵌入式系統(tǒng)。一方面，它是可編程片上系統(tǒng)，即由單個(gè)芯片完成囫圇系統(tǒng)的主要功能，并具備軟硬件系統(tǒng)可編程的能力；另一方面，它內(nèi)嵌處理器ip核，具有靈便的設(shè)計(jì)方式，用戶可按照需要任意配置、構(gòu)建、裁剪處理器ip核。目前最具有代表性的ip軟核嵌入式處理器是altera的niosii軟核。niosii嵌入式cpu是一種特地為sopc設(shè)計(jì)應(yīng)用而優(yōu)化的cpu軟核。在基于niosii的sopc嵌入式系統(tǒng)中，幾乎全部的應(yīng)用設(shè)計(jì)都需要用法flash來(lái)保存在niosii中運(yùn)行

3、的程序代碼、非易失性數(shù)據(jù)和fpga的配置數(shù)據(jù)。因此flash編程便成為在調(diào)試完sopc系統(tǒng)后的重要工作。要對(duì)flash編程，首先要保證在sopc builder中target選項(xiàng)區(qū)域的board下拉列表框中挑選用戶用法的目標(biāo)板f1ash編程設(shè)計(jì)?；趯?shí)際設(shè)計(jì)需求，具體介紹sopc目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)的創(chuàng)建，并以一個(gè)最小sopc系統(tǒng)為例，解釋目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)的應(yīng)用及flash編程。2 flash programmer簡(jiǎn)介niosii ide提供了flash programmer工具來(lái)對(duì)目標(biāo)板上遵循通用flash接口(common flash interface，簡(jiǎn)稱cfi)，規(guī)范的f

4、lash及epcs配置器件舉行編程。ide的flashprogrammer通過(guò)用法altera的下載電纜能夠便利地對(duì)目標(biāo)板上銜接在fpga上的flash及串行配置器件epcs舉行編程。21 flash programmer編程工作過(guò)程niosii的ide flash programmer采納兩步驟將數(shù)據(jù)寫入flash中。第一步，用一個(gè)altera提供的特別flash編程設(shè)計(jì)(flash programmer design)對(duì)fpga舉行配置；其次步，ideflash programmer將要編程到flash中的文件內(nèi)容傳送到在fpga上運(yùn)行的flash編程設(shè)計(jì)，然后flash編程設(shè)計(jì)將接收到的

5、數(shù)據(jù)編寫到flash中。其編程工作過(guò)程1所示。22 flash編程設(shè)計(jì)flash編程設(shè)計(jì)實(shí)際就是一個(gè)由sopc builder系統(tǒng)生成的最小fpga設(shè)計(jì)。flash編程設(shè)計(jì)是ide flash programmer的關(guān)鍵組成部分。不同的目標(biāo)板往往用法不同的flash器件，并且flash與fpga的引腳銜接以及fpga的型號(hào)也不相同。因此，每個(gè)flash編程設(shè)計(jì)都是與詳細(xì)的目標(biāo)板相聯(lián)系的，不能用于其他的目標(biāo)板。假如用法自己的目標(biāo)板，那么設(shè)計(jì)者必需創(chuàng)建該目標(biāo)板的flash編程設(shè)計(jì)。altem公司的nios開發(fā)板都提供了相應(yīng)的flash編程設(shè)計(jì)，可以在niosii開發(fā)套件安裝名目的、ipnios2_

6、ip文件夾中找到。23 flash編程設(shè)計(jì)信息目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)描述了系統(tǒng)與目標(biāo)板之間的關(guān)系。目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)對(duì)flash編程必不行少，它提供了flash programmer對(duì)flash編程所需的所有信息。一個(gè)目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)是一組sopc builder文件，其中必需指明fpga與flash的銜接關(guān)系。一個(gè)目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)包含下列信息：每一個(gè)銜接到電路板fpga上的f1ash的參考元件標(biāo)號(hào)，如u7，u7flash，u3epcs等；flash器件在f1ash編程設(shè)計(jì)中的基地址；用于配置目標(biāo)板上fpga的flash編程設(shè)計(jì)的sof文件。參考元件標(biāo)號(hào)用于區(qū)別設(shè)計(jì)中不

7、同的flash器件。目標(biāo)板上的flash器件在設(shè)計(jì)時(shí)的命名和基地址可能不同，但參考元件標(biāo)號(hào)總是相同的。3 目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)的創(chuàng)建用戶自制目標(biāo)板，而在target選項(xiàng)區(qū)中的board下拉列表框中沒(méi)有相應(yīng)的目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)，用戶就必需自己創(chuàng)建目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)。31目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)文件創(chuàng)建下面以quaausii 70為例，具體解釋目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)的創(chuàng)建。目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)在sopc builder中實(shí)現(xiàn)。在quaausii中新建一個(gè)工程，在tools菜單中挑選sopc builder，打開ahera sopc builder圖形編輯界面環(huán)境。在sopc

8、builder圖形編輯界面中，在file菜單中挑選new board description，打開board description editor對(duì)話框，在此對(duì)話框中挑選netlist頁(yè)面，在device familv欄中正確挑選目標(biāo)板的fpga系列，這里以cyclone ii為例，2所示。挑選flash memory頁(yè)面，單擊new flash memory按鈕添加目標(biāo)板的flash器件，并輸入正確的銜接到目標(biāo)板fpga的參考元件標(biāo)號(hào)和flash器件類型。參考元件標(biāo)號(hào)可命名為用戶的隨意字符串，如u7，epcs，flash等，但不能命名成u7(cfiflash)，u3(epcs)等形式。再單擊

9、此頁(yè)面的new hardwareimage按鈕，指定fpga硬件配置程序的存儲(chǔ)位置，普通挑選epcs器件。假如設(shè)置為flash器件，需要有相應(yīng)的外部控制器、或協(xié)作用法。設(shè)置3所示。fpga硬件配置可放在nor flash中，也可放在epcs中。在hardware image name欄下輸入硬件配置映像的名稱，如epcs，user，factory等。對(duì)于每一個(gè)hardware image name，都要挑選一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)的flash。假如用戶設(shè)計(jì)中，即采納epcs，又采納nor flash對(duì)fpga的配置數(shù)據(jù)舉行存儲(chǔ)，則可在hardware image name欄下輸入兩個(gè)硬件配置映像名，如us

10、er，factory，然后分離指定為前面的參考元件標(biāo)號(hào)；對(duì)于offset欄的設(shè)置，假如對(duì)應(yīng)的device欄為flash器件，則可以指定硬件映像在flash中的編程偏移地址；假如對(duì)應(yīng)的device欄為epcs器件，則不能在offset欄中指定偏移地址。最后挑選files頁(yè)面，輸入board description name，version和system template，單擊finish按鈕完成目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)的創(chuàng)建，4所示。system template欄可通過(guò)brows按鈕挑選設(shè)置的系統(tǒng)模板*ptf(或者挺直輸入)，也可不設(shè)置系統(tǒng)模板。假如設(shè)置系統(tǒng)模版，則系統(tǒng)模板需要存儲(chǔ)在目標(biāo)板fl

11、ash編程設(shè)計(jì)文件名目下的system文件夾中。并且在構(gòu)建niosii cpu時(shí)，當(dāng)挑選帶系統(tǒng)模板的目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)自動(dòng)在souilder圖形編輯界面添加系統(tǒng)模板帶的cpu組件。目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)勝利創(chuàng)建后，在ii工程名目下會(huì)生成一個(gè)與board description name相同的名目。在此名目下包含目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)的文件classptf。文件夾下還包含兩個(gè)子文件夾，一個(gè)是system，設(shè)計(jì)者指定的系統(tǒng)模版便存放在此；另一個(gè)是netlist，存儲(chǔ)設(shè)計(jì)者提供的pcb網(wǎng)表文件，格式為wirelist。假如設(shè)計(jì)者不需要這兩個(gè)文件，則為空文件夾。對(duì)于board desc

12、ription editor對(duì)話框中其他頁(yè)面的選項(xiàng)，與目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)描述沒(méi)有須要的關(guān)系。具體內(nèi)容請(qǐng)參見(jiàn)altera的數(shù)據(jù)手冊(cè)。32 目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)設(shè)置目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)勝利創(chuàng)建后，為了在任何設(shè)計(jì)的sopc builder中都能用法，則可將生成的囫圇文件夾拷貝到niosii開發(fā)套件安裝名目的ipnios2_ip文件夾中，或者設(shè)置sopc builder的搜尋路徑，配置componentkit library searchpath，增強(qiáng)用戶設(shè)計(jì)的目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)名目。然后關(guān)閉ahera sopc builder重新啟動(dòng)sopc builder，就可以在sopcbu

13、ilder圖形界面中的target下拉列表框中找到創(chuàng)建的目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)。4 目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)的應(yīng)用以一個(gè)最小sopc系統(tǒng)流水燈為例，解釋目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)在實(shí)際flash編程中的應(yīng)用。41 niosii cpu生成在altera sopc builder圖形界面中，首先在target選項(xiàng)區(qū)中board下拉列表框中挑選剛創(chuàng)建的目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)，并指定niosii系統(tǒng)的時(shí)鐘。然后添加系統(tǒng)所需的外設(shè)元件，設(shè)置各外設(shè)元件的參數(shù)。分配base address和irq。添加完組件后5所示。添加完組件后，在nios ii more“cpu”settings中設(shè)置復(fù)位地址和異樣

14、地址。假如nios程序下載到flash中，則復(fù)位地址設(shè)為ext_flash；假如下載到epcs中，則復(fù)位地址設(shè)為epcs_controller。最后在system generation中點(diǎn)擊generation按鈕生成niosii cpu。42 構(gòu)建最小sopc系統(tǒng)在quartusii中構(gòu)建最小sopc系統(tǒng)。此sopc系統(tǒng)由niosii cpu模塊、pll模塊和系統(tǒng)復(fù)位模塊組成。在系統(tǒng)的頂層模塊中分離添加sopc builder生成的niosii cpu，pll模塊及系統(tǒng)復(fù)位模塊構(gòu)成最小的sopc系統(tǒng)。因?yàn)槟繕?biāo)板上時(shí)鐘是50 mhz，而構(gòu)建niosii cpu時(shí)鐘設(shè)為80 mhz，故需通過(guò)me

15、ga wizard plug-in manager生成pll模塊，將系統(tǒng)時(shí)鐘提高到80 mhz。添加完模塊后，再添加輸入輸出端口，并銜接引腳與端口，命名端口名(建議端口命名與實(shí)際電路中的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)相同)。然后分配引腳，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)。編譯工程生成fpga的配置文件*.sof，并利用quartusii的programmer下載到fpga或epcs中。43 nios程序生成及flash編程啟動(dòng)niosii ide，建立和編譯一個(gè)容易的流水燈的nios應(yīng)用程序。在nios應(yīng)用程序調(diào)試正確后，單擊菜單tools下的flash programmer，彈出flash programmer編程界面。選中fla

16、sh programmer，單擊new按鈕創(chuàng)建一個(gè)flashprogrammer配置。在flash programmer界面中挑選main選項(xiàng)卡，設(shè)置flash programmer相關(guān)參數(shù)。假如選中program software project into flash memory project項(xiàng)，表示將工程的*elf文件寫入flash(epcs或cfi flash)存儲(chǔ)器中。將*elf文件寫入flash的過(guò)程時(shí)，假如工程沒(méi)有編譯銜接，會(huì)自動(dòng)舉行工程的編譯銜接。對(duì)于*elf文件的編程，flash programmer窗口中并沒(méi)有存儲(chǔ)器和偏移地址的設(shè)置，存儲(chǔ)器和偏移地址由是sopc buil

17、der中reset address指向的存儲(chǔ)器和設(shè)置的偏移地址打算。假如將resetaddress指向cfi f1ash偏移地址從0x0hd開頭，那么flashprogrammer就會(huì)從cfi flash的基地址+0x00開頭燒寫數(shù)據(jù)；假如將reset address指向epcs_controller，偏移地址從ox00開頭，那么flash programmer就會(huì)從epcs的基地址+配置數(shù)據(jù)空間+ox00開頭燒寫數(shù)據(jù)。假如選中program fpga configuration data into hardware-image region of flash memory，可將fpga配置數(shù)據(jù)寫入flash(epcs或cfi flash)。挑選作為硬件系統(tǒng)的fpga配置文件*sof，指定配置文件的硬件配置映像名及存儲(chǔ)的偏移地址。假如在制作目標(biāo)板flash編程設(shè)計(jì)時(shí)，指定可將配置文件編程到cfiflash，并指定多個(gè)偏移地址，此項(xiàng)就可挑選編程地址，從而將配置文件編程到用戶指定的存儲(chǔ)器地址空間。對(duì)于將配置文件編程到epcs，偏移地址只能從ox00開頭。假如挑選program file into a flash memory選項(xiàng)，能將指定的二進(jìn)制文件寫入指定的flash(epcs或cfi flash)存儲(chǔ)地