安路SparkRoad开发板测评(8) MCU 软核 RISC-V程序编写

cruelfox 发表于 2022-5-11 13:22

前面我已经推测出来，Agile RISC-V软核的程序是放在当中的BRAM IP内的，以32-bit字为单位，复位后从BRAM的99（十进制）开始运行。入口地址换算成字节地址是0x18C.

　　初始化BRAM的方式用.mif文件比较方便，所以我对cpu_gate.v再略作修改，将四个EG_LOGIC_BRAM模块参数INIT_FILE分别改为 ”init1.mif”,”init2.mif”,”init3.mif”,”init4.mif”，不再将数据以字符串方式嵌在.v文件内。



　　作为准备工作，我还需要编写一个将RISC-V编译器生成的.bin文件转换为.mif文件的工具。因为这个用途特殊，需要将32位字拆成四个字节分散到四个文件内。用C编写一个：



 

　　第一个测试程序，测试循环是否能够执行：



 

　　编译指令：riscv gcc -c -O2 -march=rv32i -mabi=ilp32 test0.c

　　生成ELF文件：riscv ld -Ttext 0x18c test0.o -o test0.elf

　　反汇编查看编译结果：riscv objdump -d test0.elf

<pre>
<code>test0.elf: file format elf32-littleriscv

Disassembly of section .text:

0000018c <_start>:
18c: 00100693 li a3,1
190: 00200713 li a4,2
194: 00300793 li a5,3
198: 00000013 nop
19c: 10002023 sw zero,256(zero) # 100 <_start-0x8c>
1a0: 10d02223 sw a3,260(zero) # 104 <_start-0x88>
1a4: 10e02423 sw a4,264(zero) # 108 <_start-0x84>
1a8: 10f02623 sw a5,268(zero) # 10c <_start-0x80>
1ac: fedff06f j 198 <_start+0xc>
</code></pre>

 

　　GCC编译说明：因为不知道Agile RISC-V实现的指令集，使用最基础的32位指令架构，用 -march=rv32i指定。链接时候不需要任何其它代码，为了将 _start入口地址定在0x18c，将.text段地址指定为0x18c.

　　生成.bin文件：riscv objcopy -Obinary test0.elf test0.bin

2022-05-07 19:02 36 　　　test0.bin

　　　　　　　　　1 个文件 36 字节

　　程序一共9条指令，每条指令4字节。为了将这9条指令放到RAM的0x18c地址处，需要在生成.mif文件的时候从第99个字节开始放程序内容。上面我贴的转换程序中已经做了处理。

　　例如，生成的init1.mif文件内容如下

<pre>
<code>DEPTH=1024;
WIDTH=8;
ADDRESS_RADIX=UNS;
DATA_RADIX=HEX;

CONTENT BEGIN
0 : 00;
1 : 00;
2 : 00;
3 : 00;
…省略若干行…
97 : 00;
98 : 00;
99 : 93;
100 : 13;
101 : 93;
102 : 13;
103 : 23;
104 : 23;
105 : 23;
106 : 23;
107 : 6F;
END;</code></pre>

　　将四个.mif文件复制到FPGA工程目录，重新综合，下载。观察运行效果：

<iframe allowfullscreen="true" frameborder="0" height="510" src="https://training.eeworld.com.cn/shareOpenCourseAPI?isauto=true&lessonid=33364" style="background:#eee;margin-bottom:10px;" width="700"></iframe>

 

　　可以看到取指令地址从99开始，增加到107之后变到102，然后在102到107之间循环。这和我编写的代码中最后一条指令(0x1ac处)是跳转到0x198吻合。可以判定循环得到了正确执行。循环当中往0x100, 0x104, 0x108, 0x10c地址写了数，这个操作结果还无法验证。

 

　　下一步，查找软核的外部总线地址在哪里。因为软核引出的bus_addr宽度是28-bit，数据为32-bit，地址范围是1GB. 先猜测外部总线地址是对齐到256MB边界的，也就是开始于0x10000000的整数倍这样的地址。写个程序尝试往某些地址写入，然后观看外部总线上的信号，如果有地址和数据输出以及有写信号，就能推断地址映射关系。

 

　　第二个测试程序：



　　编译后反汇编代码：

<pre>
<code>Disassembly of section .text:

0000018c <_start>:
18c: 01000613 li a2,16
190: 00000013 nop
194: 00000793 li a5,0
198: 01c79713 slli a4,a5,0x1c
19c: 00578693 addi a3,a5,5
1a0: 00d72e23 sw a3,28(a4)
1a4: 00178793 addi a5,a5,1
1a8: fec798e3 bne a5,a2,198 <_start+0xc>
1ac: fe5ff06f j 190 <_start+0x4></code></pre>

　　为了观察总线动作，连接到板子上的LED:



　　运行效果：

<iframe allowfullscreen="true" frameborder="0" height="510" src="https://training.eeworld.com.cn/shareOpenCourseAPI?isauto=true&lessonid=33365" style="background:#eee;margin-bottom:10px;" width="700"></iframe> 
 

　　一个大循环中捕捉到四次总线总线写操作，通过LED指示的地址和数据，可以判断外部总线映射地址在0x80000000~0xBFFFFFFC范围，因为没有bit mask，只支持32位的读写。

这样就可以在程序中访问外部总线了，FPGA中可以编写硬件设备供程序操作。

 

　　还需要判断一下软核中SRAM的地址。上面的程序中没有用到SRAM所以不知道其地址也没有问题。现在猜SRAM位于0x80000000以下的地址，先按128MB对齐的地址搜索一遍（一共16个地址），判断一下是否是可读写的地址：写的数和读回来的一致则认为存在SRAM. 使用外部总线输出指示找到的有效地址。

 

　　第三个测试程序：





　　运行时候，写外部总线地址 1, 数据0x80. 因此程序中i=0 时发现了SRAM. 故SRAM位于地址0x0开始的地方。

 

　　最后再用一个测试程序，将SRAM的内容读出来，写到外部总线，这样可以通过LED查看SRAM中的内容。读外部总线是读16个开关状态，通过开关选择要读的SRAM地址。



　　反汇编代码：

<pre>
<code>Disassembly of section .text:

0000018c <_start>:
18c: 00000793 li a5,0
190: 800006b7 lui a3,0x80000
194: 00f687b3 add a5,a3,a5
198: 0007a783 lw a5,0(a5)
19c: 0007c703 lbu a4,0(a5)
1a0: 00279793 slli a5,a5,0x2
1a4: 00f68633 add a2,a3,a5
1a8: 0ff77713 andi a4,a4,255
1ac: 00e62023 sw a4,0(a2)
1b0: fe5ff06f j 194 <_start+0x8></code></pre>

 

　　运行效果（将时钟加快了，提高响应速度）

<iframe allowfullscreen="true" frameborder="0" height="510" src="https://training.eeworld.com.cn/shareOpenCourseAPI?isauto=true&lessonid=33366" style="background:#eee;margin-bottom:10px;" width="700"></iframe> 
 

　　可以发现，SRAM的内容大部分都是0, 在0x18c地址，读到了0x93值，以及其它几个位置都和程序代码地址对应的数据一致。因此说明SRAM和存放程序的ROM是同一块存储，这也侧面验证了软核中使用双端口BRAM的目的：程序和数据使用同一RAM空间。

　　知道了RAM的地址和程序地址，就可以编写复杂一点的程序了。

　　这个MCU软核中还有GPIO和UART，以及外部中断输入功能。但是因为缺乏资料，很难去探测怎么使用。

littleshrimp 发表于 2022-5-11 16:16

不如试试picorv32，有人好像有人移植过。

bigbat 发表于 2022-5-13 16:35

picorv32好像还有jtag接口，就不需要使用内置的方式写程序了

cruelfox 发表于 2022-5-13 18:14

弄pico risc-v就随便一块FPGA搞了，与本评测的目的不在一条线上。

sans5555 发表于 2022-5-18 20:12

大佬好强，RISCV芯片目前可以使用的开发板不是很多

mrhsue 发表于 2023-9-4 16:44

bigbat 发表于 2022-5-13 16:35
picorv32好像还有jtag接口，就不需要使用内置的方式写程序了

picorv32有jtag接口吗？印象中是没有的呢

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