【Sipeed 高云GW2A FPGA开发板】——ARM Cortex-M1软核处理器_硬件设计与点亮LED

mars4zhu

【Sipeed 高云GW2A FPGA开发板】——ARM Cortex-M1软核处理器_硬件设计与点亮LED [复制链接]

 

4. TangPrimer-20K开发板上运行Cortex-M1软核处理器

4.1. 适用于GoWin FPGA的ARM Cortex-M1 DesignStart简介

ARM针对FPGA领域，利用EDA软件，对自家的Cortex-M0内核的verilog源文件进行加密，使得在保护IP源代码知识产权的情况下，终端用户可以直接采用ARM Cortex-M0内核作为FPGA的复杂逻辑控制的处理器，此时FPGA里的Cortex-M0软核处理器就被命名为Cortex-M1。

高云与ARM合作，将Cortex-M1内核，以及许多芯片内IP集成，形成一个完整功能的SoC，并以加密的形式发布，并提供了SoC的参考设计，从GoWin网站上下载 Gowin_EMPU_M1_V1.6.5.zip ，解压后其内容结构以及加密后的M1内核源文件如图：

其中给出了两种不同配置Cortex-M1内核的SoC参考设计，一种带有JTAG/SW调试功能支持，另一种则不带。前者是后者的超集，包含了后者的功能，因此本实验主要采用前者，并在后续软件测试中，利用JTAG/SW的调试功能，实现代码下载、软件调试等。

4.2. FPGA软核SoC的构建

参考设计开发包针对GoWin官方的不同系列的几个开发板进行了适配，与本实验使用的TangPrimer-20K开发板接近的是DK_START_GW2A18_V2.0。后续所有操作都是根据该开发板的项目文件来进行修改移植。

该开发板有两个适配项目，一个是ddr3_example，另一个是gowin_empu_m1，出于简便考虑，先测试后者gowin_empu_m1。

gowin_empu_m1集成了多种IP核，包括GPIO、UART、I2C、SPI，以及Ethernet（RGMII接口的）、SD卡（SPI模式）、等等，如图：

4.2.1. gowin_empu_m1项目文件的概览与综合

按照FPGA开发软件的流程，打开 ref_designFPGA_RefDesignDebug_RefDesignDK_START_GW2A18_V2.0gowin_empu_m1下的项目文件，可以看到项目层次结构，与对应的文件：

综合后，可以看到资源利用率和关键时钟信号：

4.2.2. 适配TangPrimer-20K开发板的IO引脚分配

打开FloorPlanner，对引脚进行分配，由于原项目是针对DK_START_GW2A18_V2开发板，配置的IO引脚也是跟该开发板匹配，如图：

         

为了移植到本次实验用到的开发板（TangPrimer-20K+Docker），根据FPGA项目中的引脚需求和TangPrimer-20K的板载硬件资源，除了项目中的RGMII接口无法满足外，其余均可连接至TangPrimer-20K对应的硬件资源中。其中：

1. GPIO[3:0]分配到LED，GPIO[7:4]分配到S1~S4按键，GPIO[15:8]分配到2.54mm排母上；

2. rstn分配到按键S0，clk为板载27MHz；

   

3. JTAG分配到2.54mm排母上。

   

4. sdcard和spi-flash都分配到核心板上对应的信号，多出的几个信号分配到无关的LED/IO引脚；

   

5. RGMII相关信号分配到Docker底板的HDMI接口上，并确保HDMI接口留空，避免信号冲突；

   

6. UART0分配到Docker底板调试器的UART上，UART1、I2C、SPI分配到2.54mm排母上。

   

7. 同时需要在菜单栏的Project->中，设置SSPI、MSPI、READY、DONE等多功能引脚作为通用IO引脚功能:

   

4.2.3. FPGA项目的编译与下载

按照EDA软件的编译流程，完成布局布线、时序、功耗分析，最终生成bitstream文件。各项流程报告如下：

   

使用Programmer软件下载到FPGA，由于没有软件代码，Cortex-M1内核处于异常状态，开发板无运行输出。

4.3. Keil软件开发和下载调试_led例程

选用的是带有JTAG/SW调试接口的Cortex-M1软核，因此可以使用Keil等开发工具进行在线代码下载、调试。

4.3.1. JLink调试器的连接与识别

采用JLink-OB作为调试器，连接到JTAG7（SWDIO）和JTAG9（SWCLK），和GND共三根信号线，连接后使用JLink-Commander可以识别出ARM Cortex-M1内核：

4.3.2. Keil项目的设置、编译、下载与调试

使用Keil软件打开ref_design/MCU_RefDesign/Keil_RefDesign/led/PROJECT/led.uvprojx，按照文档说明，由于本设计采用的是片内ITCM和DTCM，因此应改为对应的地址,如图：

调试初始化文件ext_debug.ini中，也应改为对应的地址：

FUNC void Setup (void)
{
        SP = _RDWORD(0x00000000);
        PC = _RDWORD(0x00000004);
}
LOAD %L INCREMENTAL
Setup();

为适配TangPrimer-20K板载的27MHz时钟频率，需要将软件代码中，system_GOWIN_M1.c文件中的SYSTEM_CLOCK改为27000000，如下：

/*----------------------------------------------------------------------------
  Define clocks
 *----------------------------------------------------------------------------*/
#define  XTAL            (100000000UL)     /* Oscillator frequency */

// #define  SYSTEM_CLOCK    (XTAL / 2U)       /* 50MHz                */
#define  SYSTEM_CLOCK    (27000000)        /* 27MHz                */

在Keil软件中开启Debug，Keil软件读取ext_debug.ini并执行代码的下载，和SP、PC寄存器的初始化，然后可以设置断点，运行、单步调试等操作：

4.3.3. 运行效果

运行效果如下：

lugl4313820

评测非常用心，感谢分享，期待精彩继续！

hongxy0635

 

按照步骤，到下载这一步，出现了这个错误，是怎么回事啊？？

mars4zhu

hongxy0635 发表于 2023-8-3 12:05   按照步骤，到下载这一步，出现了这个错误，是怎么回事啊？？

请仔细按照图中的设置。

 

在Keil项目设置选项里，Debug的JLink Target Option那个页面，把“DownLoad To Flash”选项取消。