Microblaze loader
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An example of boot loader for MicroBlaze/MicroBoard
![MicroBlazeシステムを構築(3)
● 入出力ポートの設定
– LEDとDIPスイッチが8bitなので4bit([0:3])に修正
– クロック入力は差動じゃないので削除して新規作成
BSBで4bitと指定したのに，
[0:7]になっていたので[0:3]に修正
差動クロックは削除
新たにクロック入力ピンを生成
clock_generator_0_CLKIN_pinになった](https://image.slidesharecdn.com/microblazeloader-150908083513-lva1-app6892/85/Microblaze-loader-7-320.jpg)
![ブートローダーの中身(抜粋)
...
/*
* Read the rest_section data from flash.
*/
for(i=0; i<(REST_SECTION_BYTE_NUM/16)+1; i++)
{
Status = SpiFlashRead(&Spi, (REST_SECTION_START_ADDR+16*i), 16, COMMAND_RANDOM_READ);
if(Status != XST_SUCCESS) {
return XST_FAILURE;
}
for(k=0; k<16; k++)
*destination_location++ = ReadBuffer[k+4];
}
/*
* Read the vector_section data from flash.
*/
for(i=0; i<(VECTOR_SECTION_BYTE_NUM/16)+1; i++)
{
Status = SpiFlashRead(&Spi, (VECTOR_SECTION_START_ADDR+16*i), 16, COMMAND_RANDOM_READ);
if(Status != XST_SUCCESS) {
return XST_FAILURE;
}
for(k=0; k<16; k++)
*reset_location++ = ReadBuffer[k+4];
}
xil_printf("user application load succeed!rn");
boot_app = (int (*) (void)) XPAR_DDR3_SDRAM_S_AXI_BASEADDR;
boot_app();
...](https://image.slidesharecdn.com/microblazeloader-150908083513-lva1-app6892/85/Microblaze-loader-19-320.jpg)
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Microblaze loader
- 2. やること 1) MicroBlaze大きなプログラムを実行したい ← BlockRAMにのらない/外部メモリで実行 2) プログラムは自動的に実行を開始したい ← ROMからプログラムを読んで実行したい 3) MicroBoardにはQSPI FlashROMが載ってる 4) Xilinx AR#55026にSPIからのブートローダが 5) MicroBoardでも試してみよう
- 3. 手順概要 1) MicroBlazeシステムを構築 2) QSPIをシステムに追加 3) トップのHDLを作成．#HOLDの処置を追加 4) UCFを記述 5) ローダーとアプリケーションプログラムを用意 6) ローダーをBlockRAMに埋め込む 7) アプリケーションプログラムを分割 8) MCSファイルを作る
- 4. MicroBlazeシステムを構築/概要 ● ISEからプロジェクトを作る ● BSBで基本システムを作成 – 入力クロック66.666667MHz – CPU動作周波数66MHz – 使用デバイスを追加 ● DDR3(後でLPDDRに設定するけど) ● LED(GPIO出力) ● DIPスイッチ(GPIO入力) ● UART(ボーレート115200に) ● 細かなパラメタ調整
- 5. MicroBlazeシステムを構築(1) ISEプロジェクトを作成 コンテクストメニューからNew Sourceを選択 New Sourceとして追加するのは Embedded Processor 名前はお好みで XPS起動直後にBSB Wizardを使うか？ と聞かれるので”YES”を選択
- 6. MicroBlazeシステムを構築(2) PLBじゃなくてAXIを使う (デフォルトのままいじらない) 周波数は66.666667MHz リセットはActive HIGH ● CPUの動作周波数は66MHz ● 周辺デバイスに下記を追加 ● MCB_DDR3 ● LED(GPIO, 4bit) ● DIPスイッチ(GPIO, 4bit) ● UART(115200, Interruptあり)
- 7. MicroBlazeシステムを構築(3) ● 入出力ポートの設定 – LEDとDIPスイッチが8bitなので4bit([0:3])に修正 – クロック入力は差動じゃないので削除して新規作成 BSBで4bitと指定したのに， [0:7]になっていたので[0:3]に修正 差動クロックは削除 新たにクロック入力ピンを生成 clock_generator_0_CLKIN_pinになった
- 8. MicroBlazeシステムを構築(4) ● MIGでメモリの設定 – DDR3をLPDDRにする – メモリはMT46H32M16XXXX-5を選択 – ほかはデフォルトでOK MCB_DDR3を ダブルクリックしてMIGを起動 LPDDRを選択 MT46H32M16XXXX-5を選択
- 10. MicroBlazeシステムを構築(6) ● ブロックRAMのサイズを32KBにする microblaze_0_d_bram_ctrlと microblaze_0_i_bram_ctrlの それぞれの設定ダイアログを開いて LMB BRAM High Addressを 0x00007fffに設定 設定の確認は”Addresses”タブで
- 11. QSPI ROMをシステムに追加/概要 ● IP CatalogでAXI Quad SPI Interfaceを選択 ● FIFO Depthを16，SCK Ratioを2に設定 ● microblaze_0(作ったCPU)にぶら下げる ● 外部クロックをCLKOUT2に設定 ● 必要なポートを外部ピンに設定する ● ここまで完了したらNetlistを作る
- 12. QSPI ROMをシステムに追加(1) AXI Quad SPI Interface IPコアを選択 名前をQSPI_FLASHに決めた(何でもいい) microblaze_0に接続(デフォルト) モジュール(QSPI_FLASH)が追加できた FIFO Depth=16， SCK Ratio=2に設定
- 13. QSPI ROMをシステムに追加(2) ● SPIクロックのソースをCLKOUT2に設定 ● IOピンを外部に引き出す “Ports”タブでポートの設定をする - EXT_SPI_CLKにclock_generator_0のCLKOUT2を接続 - SCK, SS, IO0, IO1, SPISELを外部ポートに指定 終わったら，確認がてら Netlistを作成しておく
- 14. トップのHDLを作成/概要 ● ISEに戻ってトップモジュールのHDLを生成 ● SSELは常に'1'にする ● #HOLD用の信号を追加．常に'1'を出力 作成した Embedded Processorを選択して Create top HDL Sourceをダブルクリック トップモジュール(のVHDLコード)が プロジェクトに追加された
- 15. トップのHDLを作成(1) ● SSELは常に'1'にする – 外部ポートのQSPI_FLASH_SPISEL_pinを削除 – port map は QSPI_FLASH_SPISEL_pin => '1', ● #HOLD用の信号を追加．常に'1'を出力 – QSPI_FLASH_HOLD : out std_logic を追加 – QSPI_FLASH_HOLD <= '1'; とか 後述のbootloaderプログラムではSPIモードでROMにアクセスします #HOLD (D3)を'1'にしていないと，データが読めません!!
- 16. UCFの記述 ● いつも通り．メモリは書かなくていいから楽 NET RS232_Uart_1_sout LOC = T7 | IOSTANDARD = LVCMOS33; NET RS232_Uart_1_sin LOC = R7 | IOSTANDARD = LVCMOS33; NET RESET LOC = V4 | IOSTANDARD = LVCMOS33 | TIG | PULLDOWN; NET LEDS_TRI_O<0> LOC = P4 | IOSTANDARD = LVCMOS18; NET LEDS_TRI_O<1> LOC = L6 | IOSTANDARD = LVCMOS18; NET LEDS_TRI_O<2> LOC = F5 | IOSTANDARD = LVCMOS18; NET LEDS_TRI_O<3> LOC = C2 | IOSTANDARD = LVCMOS18; NET DIP_Switches_TRI_I<0> LOC = B3 | IOSTANDARD = LVCMOS33; NET DIP_Switches_TRI_I<1> LOC = A3 | IOSTANDARD = LVCMOS33; NET DIP_Switches_TRI_I<2> LOC = B4 | IOSTANDARD = LVCMOS33; NET DIP_Switches_TRI_I<3> LOC = A4 | IOSTANDARD = LVCMOS33; NET clock_generator_0_CLKIN_pin LOC = K15 | IOSTANDARD = LVCMOS33; NET QSPI_FLASH_SCK_pin LOC = R15 | IOSTANDARD = LVCMOS33; NET QSPI_FLASH_SS_pin LOC = V3 | IOSTANDARD = LVCMOS33; NET QSPI_FLASH_IO0_pin LOC = T13 | IOSTANDARD = LVCMOS33; NET QSPI_FLASH_IO1_pin LOC = R13 | IOSTANDARD = LVCMOS33; NET QSPI_FLASH_HOLD LOC = V14 | IOSTANDARD = LVCMOS33; NET "clock_generator_0_CLKIN_pin" TNM_NET = clock_generator_0_CLKIN_pin; TIMESPEC TS_clock_generator_0_CLKIN_pin = PERIOD clock_generator_0_CLKIN_pin 66666 kHz; ### Set Vccaux for S6LX9 MicroBoard to 3.3V ### CONFIG VCCAUX = "3.3" ;
- 17. ローダーとアプリケーションを用意 ● Xilinx #AR55026からいただいてくる ● このローダーはアプリケーションプログラムの サイズを埋め込む必要があるので注意 – REST_SECTION_BYTE_NUM ● DDRメモリの名前が違うので修正 – xparameters.hを参照 – XPAR_DDR3_SDRAM_S_AXI_BASEADDR を XPAR_MCB_DDR3_S0_AXI_BASEADDRに変更 ● ローダーは全セクションをBRAMに割り当てる – lscript.ldでタブから選べばいい
- 18. ブートローダーの中身 ● SPIメモリにアクセスするための初期化 ● SPIメモリからプログラムを読んでDDRメモリ に書く ● 書き終わったら，DDRメモリの先頭(プログラ ム開始アドレス)にジャンプする
- 19. ブートローダーの中身(抜粋) ... /* * Read the rest_section data from flash. */ for(i=0; i<(REST_SECTION_BYTE_NUM/16)+1; i++) { Status = SpiFlashRead(&Spi, (REST_SECTION_START_ADDR+16*i), 16, COMMAND_RANDOM_READ); if(Status != XST_SUCCESS) { return XST_FAILURE; } for(k=0; k<16; k++) *destination_location++ = ReadBuffer[k+4]; } /* * Read the vector_section data from flash. */ for(i=0; i<(VECTOR_SECTION_BYTE_NUM/16)+1; i++) { Status = SpiFlashRead(&Spi, (VECTOR_SECTION_START_ADDR+16*i), 16, COMMAND_RANDOM_READ); if(Status != XST_SUCCESS) { return XST_FAILURE; } for(k=0; k<16; k++) *reset_location++ = ReadBuffer[k+4]; } xil_printf("user application load succeed!rn"); boot_app = (int (*) (void)) XPAR_DDR3_SDRAM_S_AXI_BASEADDR; boot_app(); ...
- 20. ローダーをBlockRAMに埋め込む ● data2memを実行すればよい ● SDKで作ったelfファイルをプロジェクトに登 録してGenerate Programming FileでOK elfをプロジェクトに登録 Generate Programming Fileを実行 なお，初回登録時は”?”状態になるがelfを変更して も状態は変更ず生成済状態のままなので注意!! 内部ではdata2memが実行される bitファイルは上書きではなく別に生成される．注意!!
- 21. アプリケーションを分割/概要 ● アプリケーションプログラムの空間はでかい – ベクタ関連のセクション(0x00000000-0x0000004f) – プログラムデータ(DDRのアドレス) ● そのままだと大量の無駄な領域が必要 ● 分割して個別にバイナリイメージ化する
- 22. アプリケーションを分割(1) C:WORKimages>mb-objcopy -O binary -j .vectors.reset ^ -j .vectors.sw_exception -j .vectors.interrupt -j .vectors.hw_exception ^ user_application.elf vector_section.bin ● ISEなコマンドプロンプトシェルで作業 – ベクタセクションだけをとりだす – ベクタセクション以外を取り出す – ここで作成したrest_section.binのサイズを bootloader.cのREST_SECTION_BYTE_NUMに設定 C:WORKimages> mb-objcopy -O binary -R .vectors.reset ^ -R .vectors.sw_exception -R .vectors.interrupt -R .vectors.hw_exception ^ user_application.elf rest_section.bin
- 24. MCSファイルを作成/概要 ● FPGAのbitファイルとアプリケーションを MCSにまとめる – FPGAのbitファイルは0番地から – アプリケーションプログラムは0xb00000から – ベクタ領域は0xc0000から – 開始位置を変更したければbootloader.cを修正 ● iMPACTでもコマンドラインでもOK
- 25. MCSファイルを作成(1) C:WORKimages>promgen -spi ^ -w -p mcs -u 0 download.bit ^ -data_file up b00000 rest_section.bin^ -data_file up c00000 vector_section.bin ● 次のコマンドを実行すればよい 作ったらROMに書く
- 27. まとめ ● AR#55026をMicroBlazeで試してみた ● 動いた，やったね!! ● 今更ISE？ – まあSpartan6使わなきゃなこともあるし ● 次は， – 自己書き換え，かな – SDKのサンプルの様にS形式を解釈する？