我是 雪天鱼,一名FPGA爱好者,研究方向是FPGA架构探索和数字IC设计。
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所用开发板:正点原子达芬奇FPGA开发板
芯片型号:Xilinx Artix-7 35T
应群友之邀,分享下集创芯来RISC-V杯赛 所用的软核 蜂鸟E203 hbirdv2移植教程。
思路: 参考Nulei开发板的顶层代码(e200_opensource-master/fpga/nucleikit/src/system.v
(后缀不是.v可以自己改下然后打开))和约束文件(e200_opensource-master/fpga/nucleikit/constrs
),写达芬奇开发板的顶层代码和约束文件,具体步骤如下所示。
如果觉得步骤有点多,那也可以直接用我搭建好的 Vivado( 2018.3 版本) 工程。资源链接:https://download.csdn.net/download/qq_44447544/83354895一、管脚分析
文章图片
1.1 时钟管脚 首先看时钟管脚的绑定,MCU SoC 的两个输入时钟输入在 nuclei-kit 上分别按照如下方式产生:
- 低速的实时时钟直接由 FPGA 开发板上的 32.768KHz 时钟源输入。
- 高速时钟由 FPGA 开发板上的 100MHz 时钟经过 FPGA 内部 PLL 降频而得(16MHz)
而现在达芬奇开发板上只有一个50MHz时钟源,所以我先用MMCM将50MHz时钟源降频为 16MHz ( 32.768KHz由于频率过低无法通过此IP实现,需要自己写分频器),使用的是此 IP,具体用法可参考 正点原子达芬奇之FPGA开发指南1.1 第十五章 IP核之MMCM/PLL实验 ,这里不过多讲解。
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例化使用如下图所示,然后可以把原顶层的那个MMCM IP核例化给删了
文章图片
(2)32.768KHz 时钟生成
分频器代码如下:
// 50MHz --> 32768Hz 约为1526倍 50MHz/1526=32765.4 HZ,作为常开域时钟
module clk_div(
inputclk,
inputrst_n,
output regclk_div
);
parameter NUM_DIV = 11'd1526;
reg[10:0] cnt;
always @(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n) begin
cnt<= 11'd0;
clk_div <= 1'b0;
end
else if(cnt < NUM_DIV / 2 - 1) begin
cnt<= cnt + 1'b1;
clk_div <= clk_div;
end
else begin
cnt<= 11'd0;
clk_div <= ~clk_div;
end
endmodule
在顶层例化并绑定对应信号
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这样时钟部分顶层的代码修改算是完成了,之后就是管脚约束了,将CLK50MHZ绑定到开发板的时钟源管脚即可。
1.2 复位管脚 nuclei-kit它的rtl顶层模块有两个复位信号,分别是
fpga_rst
和 mcu_rst
,即FPGA开发板自身的复位和为MCU设置的复位,这两个复位通过一个与操作生成一个为SoC使用的复位信号,即SoC复位的条件是这两个复位信号至少有一个生效。由于这两个复位信号都是低电平有效,故分别绑定到达芬奇开发板上的 RESET 和 KEY0 按键即可,其中RESET 是FPGA自身的复位键,而KEY0 是为MCU设置的复位键(达芬奇开发板上的按键都是按下去为0,松开为1,满足低电平有效的要求)。1.3 QSPI接口 蜂鸟E203 有三个qspi接口,分别为QSPI0、QSPI1、QSPI2,其中QSPI0专门是为外部FLASH准备的,而其余两个都是通过GPIO口复用进行使用。所以rtl顶层需要绑定的是专为外部FLASH准备的QSPI接口,目前由于没有外部FLASH,所以先绑定到达芬奇开发板上的空闲IO口上。
1.4 PMU管脚 PMU用于控制主域电源,可以使主域被置于断电状态以节省功耗,或者重新唤醒。
pmu_paden
用于MCU的电源指示,pmu_padrst
指示MCU的复位,这两个可以接达芬奇开发板上的LED,而mcu_wakeup
用于唤醒,低电平有效,可以接达芬奇开发板的按键。1.5 其他管脚 32个GPIO和JTAG管脚绑定到开发板上的空闲IO口上即可,无需更改代码。
1.6 ip_reset_sys的处理 nuclei-kit的RTL顶层还使用了 Processor System Reset IP核,所以要把这个IP核添加进去(配置保持默认即可,只需把原代码中的模块名改为IP核中默认名
proc_sys_reset_0
即可)文章图片
文章图片
1.7 上电流程控制配置 蜂鸟 E203 MCU SoC芯片顶层引脚中
io_pads_bootrom_n_i_ival
是用来配置上电地址选择的,即上电复位后处理器核从哪个地址开始上电执行,此信号为1时,处理器核从外部flash地址(0x2000_0000)开始执行,这也是默认的上电流程配置;而当此信号为0时,处理器核从内部 rom 地址(0x0000_1000)开始执行,而 rom 中存放的代码执行完后会跳转至ITCM(0x8000_0000)中继续执行。由于目前达芬奇开发板上没有第二块 flash,所以需要将此信号配置为 0.在Nulei开发板的顶层代码 979行是对此信号的配置,将此处改为0即可。
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修改后如下所示:
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1.8 管脚约束编写 至此就可以按照之前的分析编写管脚约束了,对应关系在 二、管脚约束概览 中,代码见 三、DaVinci约束文件代码
1.9 综合实现和生成比特流文件 【手把手教你移植蜂鸟E203 hbridv2【集创芯来RISC-V杯】】首先需要设置一下define.v文件的路径,如下图所示:
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有两个路径分别为
e200_opensource-master\rtl\e203\core
e200_opensource-master\rtl\e203\perips
选中工程中这两个文件夹就可以了,如下图所示:
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RTL原理图:
文章图片
文章图片
综合实现结果图:
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资源利用:
文章图片
二、管脚约束概览
文章图片
三、DaVinci约束文件代码
set_property CFGBVS VCCO [current_design]
set_property CONFIG_VOLTAGE 3.3 [current_design]#####create clock#####
set_property -dict { PACKAGE_PIN R4IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { CLK50MHZ }];
create_clock -add -name sys_clk_pin -period 20.00 -waveform {0 5} [get_ports {CLK50MHZ}];
set_property CLOCK_DEDICATED_ROUTE FALSE [get_nets dut_io_pads_jtag_TCK_i_ival]
set_property CLOCK_DEDICATED_ROUTE FALSE [get_nets IOBUF_jtag_TCK/O]#####rst define#####
set_property -dict { PACKAGE_PIN U2 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {fpga_rst}];
set_property -dict { PACKAGE_PIN T1 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {mcu_rst}];
#####spi define#####
set_propertyPACKAGE_PIN N15 [get_portsqspi_cs ]
set_propertyPACKAGE_PIN P19 [get_portsqspi_sck]
set_propertyPACKAGE_PIN R17 [get_ports{qspi_dq[3]}]
set_propertyPACKAGE_PIN J16 [get_ports{qspi_dq[2]}]
set_propertyPACKAGE_PIN M13 [get_ports{qspi_dq[1]}]
set_propertyPACKAGE_PIN K14 [get_ports{qspi_dq[0]}]#####MCU JTAG define#####
set_propertyPACKAGE_PIN Y8[get_ports mcu_TDO]
set_propertyPACKAGE_PIN AA8[get_ports mcu_TCK]
set_propertyPACKAGE_PIN Y7[get_ports mcu_TDI]
set_propertyPACKAGE_PIN AB8[get_ports mcu_TMS]#####PMU define#####
set_propertyPACKAGE_PIN R2 [get_ports pmu_paden ]
set_propertyPACKAGE_PIN R3 [get_ports pmu_padrst]
set_propertyPACKAGE_PIN U1 [get_ports mcu_wakeup]#####gpio define#####
set_propertyPACKAGE_PIN L16 [get_ports {gpio[31]}]
set_propertyPACKAGE_PIN K16 [get_ports {gpio[30]}]
set_propertyPACKAGE_PIN L19 [get_ports {gpio[29]}]
set_propertyPACKAGE_PIN L20 [get_ports {gpio[28]}]
set_propertyPACKAGE_PIN U20 [get_ports {gpio[27]}]
set_propertyPACKAGE_PIN T20 [get_ports {gpio[26]}]
set_propertyPACKAGE_PIN N18 [get_ports {gpio[25]}]
set_propertyPACKAGE_PIN N19 [get_ports {gpio[24]}]
set_propertyPACKAGE_PIN N20 [get_ports {gpio[23]}]
set_propertyPACKAGE_PIN M20 [get_ports {gpio[22]}]
set_propertyPACKAGE_PIN J20 [get_ports {gpio[21]}]
set_propertyPACKAGE_PIN J21 [get_ports {gpio[20]}]
set_propertyPACKAGE_PIN H20 [get_ports {gpio[19]}]
set_propertyPACKAGE_PIN G20 [get_ports {gpio[18]}]
set_propertyPACKAGE_PIN M18 [get_ports {gpio[17]}]
set_propertyPACKAGE_PIN L18 [get_ports {gpio[16]}]
set_propertyPACKAGE_PIN F18 [get_ports {gpio[15]}]
set_propertyPACKAGE_PIN F21 [get_ports {gpio[14]}]
set_propertyPACKAGE_PIN D17 [get_ports {gpio[13]}]
set_propertyPACKAGE_PIN E17 [get_ports {gpio[12]}]
set_propertyPACKAGE_PIN M22 [get_ports {gpio[11]}]
set_propertyPACKAGE_PIN N22 [get_ports {gpio[10]}]
set_propertyPACKAGE_PIN L21 [get_ports {gpio[9]} ]
set_propertyPACKAGE_PIN M21 [get_ports {gpio[8]} ]
set_propertyPACKAGE_PIN K21 [get_ports {gpio[7]} ]
set_propertyPACKAGE_PIN K22 [get_ports {gpio[6]} ]
set_propertyPACKAGE_PIN H22 [get_ports {gpio[5]} ]
set_propertyPACKAGE_PIN J22 [get_ports {gpio[4]} ]
set_propertyPACKAGE_PIN G21 [get_ports {gpio[3]} ]
set_propertyPACKAGE_PIN G22 [get_ports {gpio[2]} ]
set_propertyPACKAGE_PIN D19 [get_ports {gpio[1]} ]
set_propertyPACKAGE_PIN E19 [get_ports {gpio[0]} ]#####spi define#####
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_portsqspi_cs]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_portsqspi_sck]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {qspi_dq[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {qspi_dq[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {qspi_dq[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {qspi_dq[0]}]#####MCU JTAG define#####
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports mcu_TDO]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports mcu_TCK]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports mcu_TDI]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports mcu_TMS]#####PMU define#####
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports pmu_paden ]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports pmu_padrst]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports mcu_wakeup]#####gpio define#####
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[31]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[30]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[29]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[28]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[27]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[26]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[25]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[24]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[23]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[22]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[21]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[20]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[19]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[18]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[17]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[16]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[15]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[14]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[13]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[12]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[11]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[10]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[9]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[8]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[7]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[6]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[5]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[4]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio[0]}]#####SPI Configurate Setting#######
set_property BITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH 4 [current_design]
set_property CONFIG_MODE SPIx4 [current_design]
set_property BITSTREAM.CONFIG.CONFIGRATE 50 [current_design]
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