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【Sipeed 高云GW2A FPGA开发板】——ARM Cortex-M0软核处理器_串口打印 [复制链接]

本帖最后由 mars4zhu 于 2022-11-23 19:46 编辑

ARMSOC-3

ARMSOC-3在FPGA中实现了AHB2LED和AHB2UART,即通过ARM Cortex-M0 DesignStart内核,实现对LED的亮灭控制,以及对UART的数据通讯。

ARMSOC-3_block-diagram.png

4.4.1. 调整Keil软件项目代码

直接打开Keil项目文件并编译,(后续下载到FPGA发现运行异常),分析Keil软件生成的map文件,发现代码所需的HEAP和STACK,都远远超出了内存范围。其内存布局如下:

    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object

0x00000394        -       0x00000060   Zero   RW          112    .bss                c_p.l(libspace.o)
0x000003f4   0x00000394   0x0000000c   PAD
0x00000400        -       0x00100000   Zero   RW            2    HEAP                cm0dsasm.o
0x00100400        -       0x00040000   Zero   RW            1    STACK               cm0dsasm.o

可见HEAP和STACK过大,超过了允许的RAM范围,

  1. 解决方案为修改代码,在cm0dsasm.s文件中,将Heap_Size和Stack_Size的大小调整如下:

    Stack_Size      EQU     0x00000100                                                      ; 256Bytes of STACK
    
            AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=4
    Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
    __initial_sp
    
    
    Heap_Size       EQU     0x00000100                                                      ; 256Bytes of HEAP
    
                    AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=4
    __heap_base
    Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
    __heap_limit
    
  2. 同时修改软件代码main.c,符合本开发板的名称,如下:

    int main(void) {
            int i;
    
            printf("\nWelcome to ARM CM0-DS Example Platform on TangPrimer-20K\n");
    
            printf("\nSend Char from UART\n");
    
            while(1)
            {
                    *(unsigned int*) AHB_LED_BASE = 0x55;
                    for(i=0;i<100000;i++);
                    *(unsigned int*) AHB_LED_BASE = 0xAA;
                    for(i=0;i<100000;i++);
    
            }
    }
    
  3. 最终生成的内存布局如下:

    Execution Region ER_RW (Exec base: 0x00000394, Load base: 0x00000394, Size: 0x00000008, Max: 0xffffffff, ABSOLUTE)
    
    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object
    
    0x00000394   0x00000394   0x00000008   Data   RW           43    .data               retarget.o
    
    
    Execution Region ER_ZI (Exec base: 0x0000039c, Load base: 0x0000039c, Size: 0x00000264, Max: 0xffffffff, ABSOLUTE)
    
    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object
    
    0x0000039c        -       0x00000060   Zero   RW          112    .bss                c_p.l(libspace.o)
    0x000003fc   0x0000039c   0x00000004   PAD
    0x00000400        -       0x00000100   Zero   RW            2    HEAP                cm0dsasm.o
    0x00000500        -       0x00000100   Zero   RW            1    STACK               cm0dsasm.o
    

4.4.2. Keil软件调试

设置Keil软件内置ARM Cortex-M0仿真器,将本项目中AHB2LED和AHB2UART的存储空间设置为可读可写属性,设置断点,然后进入调试,观察AHB2LED和AHB2UART的数据寄存器地址处的数据变化,如图:

ARMSOC-3_keil-debug.png

4.4.3. 调整FPGA硬件项目代码

原设计是使用Nexys3开发板上的16MB容量的SRAM和Flash,在本开发板上暂无实现如此大容量的存储空间,只能使用FPGA内置的SRAM,因此依然采用ARMSOC-1中的方式,即利用AHB2MEM的例化,由于刚开始并不知道软件代码所需的内存空间大小,只设置了1KB的RAM容量,结果编译出来的代码有3KB多,最终运行异常,FPGA开发板无反应。

  1. 通过前述Keil软件代码调整,并最终编译后,分析生成的存储空间分布情况,至少需要1.5KB的内存,因此在AHBLITE_SYS.v中,将AHB2MEM例化参数的MEMWIDTH改为12,即2^12 = 4096Byte = 4KB。

    //AHBLite Slave
    AHB2MEM #(
        .MEMWIDTH(12)
    ) uAHB2MEM (
    
  2. 同时需要修改主频,原设计是将Nexys3上的板载100MHz二分频后,以50MHz主频运行,本开发板板载27MHz时钟,无需分频,因此修改如下:

    // Nexys3 onboard oscillator: 100MHz
    // TangPrimer-20K:  27MHz.
    
    /*
    //CLOCK DIVIDER & RESET
    reg     rCLK;
    always @(posedge CLK)
                    rCLK <= ~rCLK;
    assign                  HCLK = rCLK;
    */
    
    assign                  HCLK = CLK;
    assign                  HRESETn = RESETn;
    
  3. 在AHBL_UART中,波特率是通过对主频50MHz分频得到19200波特率,也需要根据本开发板的27MHz主频进行响应的调整,如下:

    //Baudrate  = 19200 = 50Mhz/(163*16)
    // TangPrimer-20K, 27MHz, Baudrate = 19200 = 27MHz/(88 * 16)
    parameter COUNTER_MAX = 88;
    
    assign count_next = ((count_reg == COUNTER_MAX) ? 0 : count_reg + 1'b1);
    
    assign baudtick = ((count_reg == COUNTER_MAX) ? 1'b1 : 1'b0);
    
  4. 综合结束后设置引脚分配约束文件,如下:

    IO_LOC "RESETn" T10;
    IO_PORT "RESETn" PULL_MODE=UP;
    IO_LOC "CLK" H11;
    IO_PORT "CLK" PULL_MODE=UP;
    
    IO_LOC "LED[7]" P6;
    IO_PORT "LED[7]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "LED[6]" T6;
    IO_PORT "LED[6]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "LED[5]" L16;
    IO_PORT "LED[5]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "LED[4]" L14;
    IO_PORT "LED[4]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "LED[3]" N14;
    IO_PORT "LED[3]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "LED[2]" N16;
    IO_PORT "LED[2]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "LED[1]" A13;
    IO_PORT "LED[1]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "LED[0]" C13;
    IO_PORT "LED[0]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    
    IO_LOC "RsTx" M11;
    IO_PORT "RsTx" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "RsRx" T13;
    IO_PORT "RsRx" PULL_MODE=UP;
    
    ARMSOC-3_IO-constraints.png
  5. 完成FPGA综合、布局布线、时序和功耗分析后的资源利用率如下:

ARMSOC-3_synthesis-summary.png   ARMSOC-3_pnr-summary.png   ARMSOC-3_timming-summary.png   ARMSOC-3_power-summary.png

4.4.4. 下载到FPGA板运行

最终运行的串口输出结果:

ARMSOC-3_UART-print.png

FPGA开发板运行效果:

ARMSOC-3_effect.gif

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ARM Cortex-M0 DesignStart内核居然是用Keil编译的?

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内核运行的软件代码使用Keil编译, 内核本身,包括AHBLite总线上的各个IP核,都是FPGA的开发工具EDA软件综合编译。  详情 回复 发表于 5 天前

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wangerxian 发表于 2022-11-23 17:01 ARM Cortex-M0 DesignStart内核居然是用Keil编译的?

内核运行的软件代码使用Keil编译,

内核本身,包括AHBLite总线上的各个IP核,都是FPGA的开发工具EDA软件综合编译。


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Cortex-M0 核能看到源代码吗?好像arm给免费了是吧。

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ARM给出来的是经过混淆后的verilog源代码,里面是接近门电路级描述的组合+DFF触发器,1.7万行这种带am,人没法读,EDA软件可以读并综合,   类似于汇编代码,可读性=0;  详情 回复 发表于 4 天前
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默认摸鱼,再摸鱼。2022、9、28


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freebsder 发表于 2022-11-24 11:50 Cortex-M0 核能看到源代码吗?好像arm给免费了是吧。

ARM给出来的是经过混淆后的verilog源代码,里面是接近门电路级描述的组合+DFF触发器,1.7万行这种带am,人没法读,EDA软件可以读并综合,

 

类似于汇编代码,可读性=0;

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明白了,这也算是‘开源’了。。。  详情 回复 发表于 4 天前

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五彩晶圆(中级)

mars4zhu 发表于 2022-11-24 12:04 ARM给出来的是经过混淆后的verilog源代码,里面是接近门电路级描述的组合+DFF触发器,1.7万行这种带am, ...

明白了,这也算是‘开源’了。。。

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默认摸鱼,再摸鱼。2022、9、28


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