基于SoPC目标板Flash编程设计的创建及应用

1、基于sopc目标板flash编程设计的创建及应用随着工艺技术的不断进展和集成度的提高，系统由板级向芯片级过渡，形成一种新的设计办法一片上系统(system on chip，简称)。soc从囫囵系统的角度动身，把处理机制、模型算法、芯片结构、各层次，直至器件的实际电路紧密衔接起来，在单个(少数几个)芯片上实现囫囵系统的功能。同时随着现场可编程规律阵列()技术的日益成熟，将pld与嵌入式处理器ip软核相结合，形成基于可编程片上系统(system on programmable chip，简称 sopc)的soc解决计划，使得越发灵便的sopc成为现代嵌入式系统设计的进展趋势。sopc是公司提出的一

2、种灵便、高效的soc解决计划。它将处理器、存储器、io口、lvds、cdr等系统设计需要的功能模块集成到一个可编程器件上，构成一种特别的可编程片上嵌入式系统。一方面，它是可编程片上系统，即由单个芯片完成囫囵系统的主要功能，并具备软硬件系统可编程的能力；另一方面，它内嵌处理器ip核，具有灵便的设计方式，用户可按照需要任意配置、构建、裁剪处理器ip核。目前最具有代表性的ip软核嵌入式处理器是altera的niosii软核。niosii嵌入式cpu是一种特地为sopc设计应用而优化的cpu软核。在基于niosii的sopc嵌入式系统中，几乎全部的应用设计都需要用法flash来保存在niosii中运行

3、的程序代码、非易失性数据和fpga的配置数据。因此flash编程便成为在调试完sopc系统后的重要工作。要对flash编程，首先要保证在sopc builder中target选项区域的board下拉列表框中挑选用户用法的目标板f1ash编程设计。基于实际设计需求，具体介绍sopc目标板flash编程设计的创建，并以一个最小sopc系统为例，解释目标板flash编程设计的应用及flash编程。2 flash programmer简介niosii ide提供了flash programmer工具来对目标板上遵循通用flash接口(common flash interface，简称cfi)，规范的f

4、lash及epcs配置器件举行编程。ide的flashprogrammer通过用法altera的下载电缆能够便利地对目标板上衔接在fpga上的flash及串行配置器件epcs举行编程。21 flash programmer编程工作过程niosii的ide flash programmer采纳两步骤将数据写入flash中。第一步，用一个altera提供的特别flash编程设计(flash programmer design)对fpga举行配置；其次步，ideflash programmer将要编程到flash中的文件内容传送到在fpga上运行的flash编程设计，然后flash编程设计将接收到的

5、数据编写到flash中。其编程工作过程1所示。22 flash编程设计flash编程设计实际就是一个由sopc builder系统生成的最小fpga设计。flash编程设计是ide flash programmer的关键组成部分。不同的目标板往往用法不同的flash器件，并且flash与fpga的引脚衔接以及fpga的型号也不相同。因此，每个flash编程设计都是与详细的目标板相联系的，不能用于其他的目标板。假如用法自己的目标板，那么设计者必需创建该目标板的flash编程设计。altem公司的nios开发板都提供了相应的flash编程设计，可以在niosii开发套件安装名目的、ipnios2_

6、ip文件夹中找到。23 flash编程设计信息目标板flash编程设计描述了系统与目标板之间的关系。目标板flash编程设计对flash编程必不行少，它提供了flash programmer对flash编程所需的所有信息。一个目标板flash编程设计是一组sopc builder文件，其中必需指明fpga与flash的衔接关系。一个目标板flash编程设计包含下列信息：每一个衔接到电路板fpga上的f1ash的参考元件标号，如u7，u7flash，u3epcs等；flash器件在f1ash编程设计中的基地址；用于配置目标板上fpga的flash编程设计的sof文件。参考元件标号用于区别设计中不

7、同的flash器件。目标板上的flash器件在设计时的命名和基地址可能不同，但参考元件标号总是相同的。3 目标板flash编程设计的创建用户自制目标板，而在target选项区中的board下拉列表框中没有相应的目标板flash编程设计，用户就必需自己创建目标板flash编程设计。31目标板flash编程设计文件创建下面以quaausii 70为例，具体解释目标板flash编程设计的创建。目标板flash编程设计在sopc builder中实现。在quaausii中新建一个工程，在tools菜单中挑选sopc builder，打开ahera sopc builder图形编辑界面环境。在sopc

8、builder图形编辑界面中，在file菜单中挑选new board description，打开board description editor对话框，在此对话框中挑选netlist页面，在device familv栏中正确挑选目标板的fpga系列，这里以cyclone ii为例，2所示。挑选flash memory页面，单击new flash memory按钮添加目标板的flash器件，并输入正确的衔接到目标板fpga的参考元件标号和flash器件类型。参考元件标号可命名为用户的随意字符串，如u7，epcs，flash等，但不能命名成u7(cfiflash)，u3(epcs)等形式。再单击

9、此页面的new hardwareimage按钮，指定fpga硬件配置程序的存储位置，普通挑选epcs器件。假如设置为flash器件，需要有相应的外部控制器、或协作用法。设置3所示。fpga硬件配置可放在nor flash中，也可放在epcs中。在hardware image name栏下输入硬件配置映像的名称，如epcs，user，factory等。对于每一个hardware image name，都要挑选一个用来存储的flash。假如用户设计中，即采纳epcs，又采纳nor flash对fpga的配置数据举行存储，则可在hardware image name栏下输入两个硬件配置映像名，如us

10、er，factory，然后分离指定为前面的参考元件标号；对于offset栏的设置，假如对应的device栏为flash器件，则可以指定硬件映像在flash中的编程偏移地址；假如对应的device栏为epcs器件，则不能在offset栏中指定偏移地址。最后挑选files页面，输入board description name，version和system template，单击finish按钮完成目标板flash编程设计的创建，4所示。system template栏可通过brows按钮挑选设置的系统模板*ptf(或者挺直输入)，也可不设置系统模板。假如设置系统模版，则系统模板需要存储在目标板fl

11、ash编程设计文件名目下的system文件夹中。并且在构建niosii cpu时，当挑选带系统模板的目标板flash编程设计时，会自动在souilder图形编辑界面添加系统模板带的cpu组件。目标板flash编程设计胜利创建后，在ii工程名目下会生成一个与board description name相同的名目。在此名目下包含目标板flash编程设计的文件classptf。文件夹下还包含两个子文件夹，一个是system，设计者指定的系统模版便存放在此；另一个是netlist，存储设计者提供的pcb网表文件，格式为wirelist。假如设计者不需要这两个文件，则为空文件夹。对于board desc

12、ription editor对话框中其他页面的选项，与目标板flash编程设计描述没有须要的关系。具体内容请参见altera的数据手册。32 目标板flash编程设计设置目标板flash编程设计胜利创建后，为了在任何设计的sopc builder中都能用法，则可将生成的囫囵文件夹拷贝到niosii开发套件安装名目的ipnios2_ip文件夹中，或者设置sopc builder的搜寻路径，配置componentkit library searchpath，增强用户设计的目标板flash编程设计名目。然后关闭ahera sopc builder重新启动sopc builder，就可以在sopcbu

13、ilder图形界面中的target下拉列表框中找到创建的目标板flash编程设计。4 目标板flash编程设计的应用以一个最小sopc系统流水灯为例，解释目标板flash编程设计在实际flash编程中的应用。41 niosii cpu生成在altera sopc builder图形界面中，首先在target选项区中board下拉列表框中挑选刚创建的目标板flash编程设计，并指定niosii系统的时钟。然后添加系统所需的外设元件，设置各外设元件的参数。分配base address和irq。添加完组件后5所示。添加完组件后，在nios ii more“cpu”settings中设置复位地址和异样

14、地址。假如nios程序下载到flash中，则复位地址设为ext_flash；假如下载到epcs中，则复位地址设为epcs_controller。最后在system generation中点击generation按钮生成niosii cpu。42 构建最小sopc系统在quartusii中构建最小sopc系统。此sopc系统由niosii cpu模块、pll模块和系统复位模块组成。在系统的顶层模块中分离添加sopc builder生成的niosii cpu，pll模块及系统复位模块构成最小的sopc系统。因为目标板上时钟是50 mhz，而构建niosii cpu时钟设为80 mhz，故需通过me

15、ga wizard plug-in manager生成pll模块，将系统时钟提高到80 mhz。添加完模块后，再添加输入输出端口，并衔接引脚与端口，命名端口名(建议端口命名与实际电路中的网络标号相同)。然后分配引脚，并设置相关参数。编译工程生成fpga的配置文件*.sof，并利用quartusii的programmer下载到fpga或epcs中。43 nios程序生成及flash编程启动niosii ide，建立和编译一个容易的流水灯的nios应用程序。在nios应用程序调试正确后，单击菜单tools下的flash programmer，弹出flash programmer编程界面。选中fla

16、sh programmer，单击new按钮创建一个flashprogrammer配置。在flash programmer界面中挑选main选项卡，设置flash programmer相关参数。假如选中program software project into flash memory project项，表示将工程的*elf文件写入flash(epcs或cfi flash)存储器中。将*elf文件写入flash的过程时，假如工程没有编译衔接，会自动举行工程的编译衔接。对于*elf文件的编程，flash programmer窗口中并没有存储器和偏移地址的设置，存储器和偏移地址由是sopc buil

17、der中reset address指向的存储器和设置的偏移地址打算。假如将resetaddress指向cfi f1ash偏移地址从0x0hd开头，那么flashprogrammer就会从cfi flash的基地址+0x00开头烧写数据；假如将reset address指向epcs_controller，偏移地址从ox00开头，那么flash programmer就会从epcs的基地址+配置数据空间+ox00开头烧写数据。假如选中program fpga configuration data into hardware-image region of flash memory，可将fpga配置数据写入flash(epcs或cfi flash)。挑选作为硬件系统的fpga配置文件*sof，指定配置文件的硬件配置映像名及存储的偏移地址。假如在制作目标板flash编程设计时，指定可将配置文件编程到cfiflash，并指定多个偏移地址，此项就可挑选编程地址，从而将配置文件编程到用户指定的存储器地址空间。对于将配置文件编程到epcs，偏移地址只能从ox00开头。假如挑选program file into a flash memory选项，能将指定的二进制文件写入指定的flash(epcs或cfi flash)存储地