Microblaze loader

MicroBoardのSPI ROMから
MicroBlazeのプログラムを
読んで起動する話
イーツリーズ/わさらぼ
三好健文

やること
1) MicroBlaze大きなプログラムを実行したい
← BlockRAMにのらない/外部メモリで実行
2) プログラムは自動的に実行を開始したい
← ROMからプログラムを読んで実行したい
3) MicroBoardにはQSPI FlashROMが載ってる
4) Xilinx AR#55026にSPIからのブートローダが
5) MicroBoardでも試してみよう

手順概要
1) MicroBlazeシステムを構築
2) QSPIをシステムに追加
3) トップのHDLを作成．#HOLDの処置を追加
4) UCFを記述
5) ローダーとアプリケーションプログラムを用意
6) ローダーをBlockRAMに埋め込む
7) アプリケーションプログラムを分割
8) MCSファイルを作る

MicroBlazeシステムを構築/概要
● ISEからプロジェクトを作る
● BSBで基本システムを作成
– 入力クロック66.666667MHz
– CPU動作周波数66MHz
– 使用デバイスを追加
● DDR3(後でLPDDRに設定するけど)
● LED(GPIO出力)
● DIPスイッチ(GPIO入力)
● UART(ボーレート115200に)
● 細かなパラメタ調整

MicroBlazeシステムを構築(1)
ISEプロジェクトを作成
コンテクストメニューからNew Sourceを選択
New Sourceとして追加するのは
Embedded Processor
名前はお好みで
XPS起動直後にBSB Wizardを使うか？
と聞かれるので”YES”を選択

PLBじゃなくてAXIを使う
(デフォルトのままいじらない)
周波数は66.666667MHz
リセットはActive HIGH
●
CPUの動作周波数は66MHz
●
周辺デバイスに下記を追加
●
MCB_DDR3
●
LED(GPIO, 4bit)
●
DIPスイッチ(GPIO, 4bit)
●
UART(115200, Interruptあり)

● 入出力ポートの設定
– LEDとDIPスイッチが8bitなので4bit([0:3])に修正
– クロック入力は差動じゃないので削除して新規作成
BSBで4bitと指定したのに，
[0:7]になっていたので[0:3]に修正
差動クロックは削除
新たにクロック入力ピンを生成
clock_generator_0_CLKIN_pinになった

● MIGでメモリの設定
– DDR3をLPDDRにする
– メモリはMT46H32M16XXXX-5を選択
– ほかはデフォルトでOK
MCB_DDR3を
ダブルクリックしてMIGを起動
LPDDRを選択
MT46H32M16XXXX-5を選択

● メモリ用のクロックを200MHzに設定する
clock_generator_0をダブルクリック
メモリの動作周波数が600MHzになっている
200MHzに設定する

● ブロックRAMのサイズを32KBにする
microblaze_0_d_bram_ctrlと
microblaze_0_i_bram_ctrlの
それぞれの設定ダイアログを開いて
LMB BRAM High Addressを
0x00007fffに設定
設定の確認は”Addresses”タブで

QSPI ROMをシステムに追加/概要
● IP CatalogでAXI Quad SPI Interfaceを選択
● FIFO Depthを16，SCK Ratioを2に設定
● microblaze_0(作ったCPU)にぶら下げる
● 外部クロックをCLKOUT2に設定
● 必要なポートを外部ピンに設定する
● ここまで完了したらNetlistを作る

QSPI ROMをシステムに追加(1)
AXI Quad SPI Interface
IPコアを選択
名前をQSPI_FLASHに決めた(何でもいい)
microblaze_0に接続(デフォルト) モジュール(QSPI_FLASH)が追加できた
FIFO Depth=16，
SCK Ratio=2に設定

QSPI ROMをシステムに追加(2)
● SPIクロックのソースをCLKOUT2に設定
● IOピンを外部に引き出す
“Ports”タブでポートの設定をする
- EXT_SPI_CLKにclock_generator_0のCLKOUT2を接続
- SCK, SS, IO0, IO1, SPISELを外部ポートに指定
終わったら，確認がてら
Netlistを作成しておく

トップのHDLを作成/概要
● ISEに戻ってトップモジュールのHDLを生成
● SSELは常に'1'にする
● #HOLD用の信号を追加．常に'1'を出力
作成した
Embedded Processorを選択して
Create top HDL Sourceをダブルクリック
トップモジュール(のVHDLコード)が
プロジェクトに追加された

トップのHDLを作成(1)
● SSELは常に'1'にする
– 外部ポートのQSPI_FLASH_SPISEL_pinを削除
– port map は QSPI_FLASH_SPISEL_pin => '1',
● #HOLD用の信号を追加．常に'1'を出力
– QSPI_FLASH_HOLD : out std_logic を追加
– QSPI_FLASH_HOLD <= '1'; とか
後述のbootloaderプログラムではSPIモードでROMにアクセスします
#HOLD (D3)を'1'にしていないと，データが読めません!!

UCFの記述
● いつも通り．メモリは書かなくていいから楽
NET RS232_Uart_1_sout LOC = T7 | IOSTANDARD = LVCMOS33;
NET RS232_Uart_1_sin LOC = R7 | IOSTANDARD = LVCMOS33;
NET RESET LOC = V4 | IOSTANDARD = LVCMOS33 | TIG | PULLDOWN;
NET LEDS_TRI_O<0> LOC = P4 | IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET LEDS_TRI_O<1> LOC = L6 | IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET LEDS_TRI_O<2> LOC = F5 | IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET LEDS_TRI_O<3> LOC = C2 | IOSTANDARD = LVCMOS18;
NET DIP_Switches_TRI_I<0> LOC = B3 | IOSTANDARD = LVCMOS33;
NET DIP_Switches_TRI_I<1> LOC = A3 | IOSTANDARD = LVCMOS33;
NET DIP_Switches_TRI_I<2> LOC = B4 | IOSTANDARD = LVCMOS33;
NET DIP_Switches_TRI_I<3> LOC = A4 | IOSTANDARD = LVCMOS33;
NET clock_generator_0_CLKIN_pin LOC = K15 | IOSTANDARD = LVCMOS33;
NET QSPI_FLASH_SCK_pin LOC = R15 | IOSTANDARD = LVCMOS33;
NET QSPI_FLASH_SS_pin LOC = V3 | IOSTANDARD = LVCMOS33;
NET QSPI_FLASH_IO0_pin LOC = T13 | IOSTANDARD = LVCMOS33;
NET QSPI_FLASH_IO1_pin LOC = R13 | IOSTANDARD = LVCMOS33;
NET QSPI_FLASH_HOLD LOC = V14 | IOSTANDARD = LVCMOS33;
NET "clock_generator_0_CLKIN_pin" TNM_NET = clock_generator_0_CLKIN_pin;
TIMESPEC TS_clock_generator_0_CLKIN_pin = PERIOD clock_generator_0_CLKIN_pin 66666 kHz;
### Set Vccaux for S6LX9 MicroBoard to 3.3V ###
CONFIG VCCAUX = "3.3" ;

ローダーとアプリケーションを用意
● Xilinx #AR55026からいただいてくる
● このローダーはアプリケーションプログラムの
サイズを埋め込む必要があるので注意
– REST_SECTION_BYTE_NUM
● DDRメモリの名前が違うので修正
– xparameters.hを参照
– XPAR_DDR3_SDRAM_S_AXI_BASEADDR を
XPAR_MCB_DDR3_S0_AXI_BASEADDRに変更
● ローダーは全セクションをBRAMに割り当てる
– lscript.ldでタブから選べばいい

ブートローダーの中身
● SPIメモリにアクセスするための初期化
● SPIメモリからプログラムを読んでDDRメモリ
に書く
● 書き終わったら，DDRメモリの先頭(プログラ
ム開始アドレス)にジャンプする

ブートローダーの中身(抜粋)
...
/*
* Read the rest_section data from flash.
*/
for(i=0; i<(REST_SECTION_BYTE_NUM/16)+1; i++)
{
Status = SpiFlashRead(&Spi, (REST_SECTION_START_ADDR+16*i), 16, COMMAND_RANDOM_READ);
if(Status != XST_SUCCESS) {
return XST_FAILURE;
}
for(k=0; k<16; k++)
*destination_location++ = ReadBuffer[k+4];
}
/*
* Read the vector_section data from flash.
*/
for(i=0; i<(VECTOR_SECTION_BYTE_NUM/16)+1; i++)
{
Status = SpiFlashRead(&Spi, (VECTOR_SECTION_START_ADDR+16*i), 16, COMMAND_RANDOM_READ);
if(Status != XST_SUCCESS) {
return XST_FAILURE;
}
for(k=0; k<16; k++)
*reset_location++ = ReadBuffer[k+4];
}
xil_printf("user application load succeed!rn");
boot_app = (int (*) (void)) XPAR_DDR3_SDRAM_S_AXI_BASEADDR;
boot_app();
...

ローダーをBlockRAMに埋め込む
● data2memを実行すればよい
● SDKで作ったelfファイルをプロジェクトに登
録してGenerate Programming FileでOK
elfをプロジェクトに登録
Generate Programming Fileを実行
なお，初回登録時は”?”状態になるがelfを変更して
も状態は変更ず生成済状態のままなので注意!!
内部ではdata2memが実行される
bitファイルは上書きではなく別に生成される．注意!!

アプリケーションを分割/概要
● アプリケーションプログラムの空間はでかい
– ベクタ関連のセクション(0x00000000-0x0000004f)
– プログラムデータ(DDRのアドレス)
● そのままだと大量の無駄な領域が必要
● 分割して個別にバイナリイメージ化する

アプリケーションを分割(1)
C:WORKimages>mb-objcopy -O binary -j .vectors.reset ^
-j .vectors.sw_exception -j .vectors.interrupt -j .vectors.hw_exception ^
user_application.elf vector_section.bin
● ISEなコマンドプロンプトシェルで作業
– ベクタセクションだけをとりだす
– ベクタセクション以外を取り出す
– ここで作成したrest_section.binのサイズを
bootloader.cのREST_SECTION_BYTE_NUMに設定
C:WORKimages> mb-objcopy -O binary -R .vectors.reset ^
-R .vectors.sw_exception -R .vectors.interrupt -R .vectors.hw_exception ^
user_application.elf rest_section.bin

アプリケーションを分割(2)
● 実行例

MCSファイルを作成/概要
● FPGAのbitファイルとアプリケーションを
MCSにまとめる
– FPGAのbitファイルは0番地から
– アプリケーションプログラムは0xb00000から
– ベクタ領域は0xc0000から
– 開始位置を変更したければbootloader.cを修正
● iMPACTでもコマンドラインでもOK

MCSファイルを作成(1)
C:WORKimages>promgen -spi ^
-w -p mcs -u 0 download.bit ^
-data_file up b00000 rest_section.bin^
-data_file up c00000 vector_section.bin
● 次のコマンドを実行すればよい
作ったらROMに書く

起動
● 動いた．
● 読み出しデータを表示してみたところ

まとめ
● AR#55026をMicroBlazeで試してみた
● 動いた，やったね!!
● 今更ISE？
– まあSpartan6使わなきゃなこともあるし
● 次は，
– 自己書き換え，かな
– SDKのサンプルの様にS形式を解釈する？

Microblaze loader

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Microblaze loader

Similar to Microblaze loader (20)

More from Takefumi MIYOSHI

More from Takefumi MIYOSHI (20)

Microblaze loader