RTLを語る会(15) ARMのDesignStartプログラムにより公開されたXilinx向けCortex-M1コアの試食

1. RTLを語る会(15)
～VERSAL友の会(仮)～
FPGAでCortex-M1を味見する
2018/11/24(Sat.) だいすけ@morittyo

2. ARMがCortex-Mを無償公開
• XDF2018でCortex-M1/M3を無償提供との発表
• Cortex-A5も予定されている模様
• こちらはFPGAではなくASIC向けなので忘れて良し
• まあリソース的にも意味ないか
～中略～

3. 因みにXilinx以外は？
• ACTEL改めMicrosemiも無料みたい
• 手元にあるIGLOO nano評価ボードで
は容量的に無理そう。いやぁ残念だ…
• ALTERAはCycloneIII向けにOpenCore
Plusライセンスで提供していたらしい
• 評価キット$2,500(当時)
もうやる気なさそう。。。
• Latticeはまったく情報なし
• らてぃすにはMico32があるから…!

4. Arm Cortex-M1 DesignStart FPGA-Xilinx edition
• ARM Developerのページに
ドキュメント
• Arty-S7(Spartan7)、
Arty-A7(Artix7)用のプロ
ジェクトファイルが公開済

5. Artix-7 35T Arty (Arty-A7)
FPGA評価キット
• 新人とかに4TC握らせてセミナーに行
かせると貰えるやつ
• 会社に転がってますよね（確信）
• 33Kロジックセル
• 買っても$99

6. では…中を見ていきますか

7. IP Integrator (全体構成)
• M1コア自体はAXIバスのクチが1個と
割り込み系ぐらい
• 気になるdaplink_if_0の中身…

8. Cortex-M1(1.1) の端子と設定
• それほど設定する項目はなし
• CFGITCMEN端子はブートに絡むので要チェック

9. daplink_if_0階層
• DAPLink_to_Arty_shieldという
謎のIP
• なぜ親の仇の様にSPIを置く
のか始めは意味不明だった

10. • SWD(Serial Wire Debug) I/Fをシールド端子に割り
振っているだけだった
• シールド基板側にFlashROMとSDカードが乗ってい
る模様
• FlashROMをXIP(execute in place)モードでも使いたい
が為にQSPIモジュールが2個乗っている
DAPLink_to_Arty_shield
DAPLink_fittedn
uart_rxd_axi
uart_rxd_arty
(UART_RXD) shield_38
uart_txd_axi
uart_txd_arty
0
1
"1"0
1
0
1 "0"
SWRSTn(SWRSTn) shield_39
SWDOEN
(SWDIO) shield_40 SWDO
SWCLK
shield_34
(SWCLK) shield_41
(UART_TXD) shield_37
SWDI
CortexM1
SWCLKTCK
SWDOEN
SWDITMS
SWDO
aux_reset_in
Clocks
and
Resets
IRQ[31]
CFGITCMEN[0]
UARTLite
USB UART
SPI
shield_30～33
,35～36
shield_26～29
QSPI XIP
QSPI
0
1
GPIO
qspi_sel
QSPI Flash
SD Card
QSPI_XIP
QSPI
SPI
IO26
IO41
シールド基板(V2C-DAPLink基板)

11. • M1コアのInstructionMemoryで設定したメ
モリでブート
CFGITCMEN[0]=1 (シールド無し)
DAPLink_fittedn
uart_rxd_axi
uart_rxd_arty
(UART_RXD) shield_38
uart_txd_axi
uart_txd_arty
0
1
"1"0
1
0
1 "0"
SWRSTn(SWRSTn) shield_39
SWDOEN
(SWDIO) shield_40 SWDO
SWCLK
shield_34
(SWCLK) shield_41
(UART_TXD) shield_37
SWDI
CortexM1
SWCLKTCK
SWDOEN
SWDITMS
SWDO
aux_reset_in
Clocks
and
Resets
IRQ[31]
CFGITCMEN[0]
UARTLite
USB UART
"1"
SPI
shield_30～33
,35～36
shield_26～29
QSPI XIP
QSPI
0
1
GPIO
qspi_sel
QSPI Flash
SD Card
QSPI_XIP
QSPI
SPI
bram_a7
.hex

12. • シールド基板上のFlashROMをXIPとみなし
てブート
CFGITCMEN[0]=0 (シールドあり)
DAPLink_fittedn
uart_rxd_axi
uart_rxd_arty
(UART_RXD) shield_38
uart_txd_axi
uart_txd_arty
0
1
"1"0
1
0
1 "0"
SWRSTn(SWRSTn) shield_39
SWDOEN
(SWDIO) shield_40 SWDO
SWCLK
shield_34
(SWCLK) shield_41
(UART_TXD) shield_37
SWDI
CortexM1
SWCLKTCK
SWDOEN
SWDITMS
SWDO
aux_reset_in
Clocks
and
Resets
IRQ[31]
CFGITCMEN[0]
UARTLite
USB UART
SPI
shield_30～33
,35～36
shield_26～29
QSPI XIP
QSPI
0
1
GPIO
qspi_sel
QSPI Flash
SD Card
QSPI_XIP
QSPI
SPI

13. メモリマップ
FPGA内部RAM(8KB)
ARTY-A7オンボードFlasgh

14. リソース使用率
Cortex_M1(黄色)

15. 書込み＆動作確認
• 仮想COMポートからメッセージ出力
• スライドSWで緑LEDのON/OFF
• PushSWでフルカラーLEDの色変更

16. と、ここまでは良し
なるほど、使えそうじゃないか…

17. MicroBlaze/NiosIIの採用を検討する際にありがちな事
•諸葛亮いわく、
ソフト担当がXilinx EDKインストールとか断固拒否。何GB食うんですか…。あとベンダーロック滅びれ。
MCSファイル？知るか。普通開発時はSDカードブートがデフォでしょ？FPGAなんてやめてi.MXにしま
しょうよ。てか、ちょっとしたソフトならハード担当のほうでちょちょっとやっちゃってください。
⇒ソフト開発の手順も確認しておきましょうか…

18. ソフトウェア開発環境
• Keil MDK-ARM Version5.26(現在)
• IDE開発環境は “μVision5”と呼ばれる
• もともとKeil社が開発していたが、2005年
にARMが買収
• Quick Link ： http://www2.keil.com/mdk5/
• 評価版(MDK-Lite)は生成コード32kバイト
迄、.elfファイル作成不可の機能制限あり

19. BSP(board support package)作成
先にFPGA側でBSP作らないといけません。
• Vivadoから
File > Export > Export Hardware
→ m1_for_arty_a7_wrapper.hdf生成
• Xilinx SDKから
File > New > Board Support Package
• standalone v6.6選択
• stdin,stdoutのvalueを一回noneに確定させ
てから再度axi_uartlite_0を選択
※SDK側の既知バグとのこと

20. ※BSP生成に失敗した人
• Vivado 2018.2以降を使用する
• SDKのリポジトリに以下を追加
• /vivado/arm_sw_repository
CortexM1のBSP作成時に必要なstandalone
v6.6のソースがここにあり、リポジトリ追加し
ないとBSPが作成できない!

21. MDK-ARMでサンプルコードのコンパイル
• 以下のファイルを手動でコピーする必要あり
• コピー元：
/vivado/Arm_sw_repository/CortexM1/bsp/standalone_v6_6/src/arm/cortexm1/armcc /xpseudo_asm_rvct.{c|h}
• コピー先：
/software/m1_for_arty_a7/sdk_workspace/standalone_bsp_0/CORTEX_M1_0/include/
• MDK-ARMを起動、ビルド実行
• /software/m1_for_arty_a7/Build_Keil/m1_for_arty_a7.uvprojx
• fromelfコマンドが見つからないといわれたので環境変数PATHに追加するなど

22. デバッガの設定変更
mbed CMSIS-DAPに変更

23. FlashROMの設定ファイルコピー
以下のファイルをC:/Keil_v5/ARM/Flashにコピーする
• /software/flash_downloader/S25FL128S_V2C.FLM
LOAD実行するとタイムアウトで失敗するので、何かま
だ設定が足りないかも
V2C-DAPLink基板(ホンモノ)ならイケるのか？
※回路図がまだ拾えないのもありよくわからず

24. デバッグ環境
まずは用語確認から
• CMSIS-DAP
• マイコンへのデバッグアクセス方法をARMが標準化し公開したプロトコル
• PC側はUSB接続、マイコン側はJTAG/SWD接続
• Flash書込み用マスストレージ、仮想COMポート、HIDデバッグポート
• DAPLink
• CMSYS-DAPを実装したもの
• github(https://github.com/ARMmbed/DAPLink)で公開

25. DAPLinkを使ったデバッグ
• V2C-DAPLink基板があれば問題なかったが、入手できておらず
⇒じゃあ適当なマイコン基板でなんとかしてみる
DAPLink マイコン(ARM)
JTAG/SWD
UART
FlashROM
USB2.0
PC
デバッガ部分

26. LPCXpressp1549
• 主役はLPC1549だが、今回は使わない
• mbed対応のためにLPC4322が搭載
• LPC4322にDAPLinkのFWを書き込む
• https://os.mbed.com/teams/NXP/wiki/Updating-
LPCXpresso-firmware
• JP1 : Short
LPC1549へのSWCLKとRESETを0固定
• JP2：1-2
LPC1549からのSWDがP1コネクタに(も)出力
LPC
1549
LPC
4322
USB
DAPLink
SWD/JTAG
JP1
JP2
P1
Debug

27. Arty-A7とLPCXpresso1549の接続
DAPLink_fittedn
uart_rxd_axi
uart_rxd_arty
(UART_RXD) shield_38
uart_txd_axi
uart_txd_arty
0
1
"1"0
1
0
1 "0"
SWRSTn(SWRSTn) shield_39
SWDOEN
(SWDIO) shield_40 SWDO
SWCLK
shield_34
(SWCLK) shield_41
(UART_TXD) shield_37
SWDI
ARM-M1
SWCLKTCK
SWDOEN
SWDITMS
SWDO
aux_reset_in
Clocks
and
Resets
IRQ[31]
CFGITCNEN[0]
UARTLite
USB UART
LPC4322
microUSB
USB0
TCK_SWCLK
JTAG_TDI
TDO_SWO
TMS_SWDIO
TMS_SWDIO_TXEN
JTAG_RESET
JTAG_RESET_TXEN
DEBUG
PIN
P1
LPC1549
SWDIO/TMS
SWCLK/TCK
nRESET
PIO1_1
JP1
0
0
JP1
4
2
10
RST
SWDIO
SWCLK
SWO
6
1
3,5

28. Arty-A7とLPCXpresso1549の接続

29. デバッグ実行
デバッガ動作OK!
修正した内容が反映されている

30. さらに…
欲がでてきますね

31. オシャレな開発環境があれば…
JC「あの高校の制服可愛いから行きたい～(はあと)」
…みたいな感じで
ソフト屋「あのイマドキな開発環境ならデプロイしてあ・げ・る！（はあと）」
みたいなのが開発環境にも必要(確信)

32. mbed (えんべっど)
• 評価ボードの箱に☐ ☐マークがついてるの見たことある
• トラ技やQiitaで見たことある
• 本も出てる（たくさん？）
• “インターネット電子工作”というパワーワード

33. mbed is 何
• ARM社が主導する、IoT向けのプラットフォーム
• ARM自身がやっているなら対応速度や継続性は安心できそう
• ブラウザによるクラウド開発環境（デバッグは出来ない）
• ノマド（死語）できる
• ドラッグ＆ドロップ書込み
• オフライン開発環境
• 仕事となるとクラウドだけというわけにもいかない
• デバッグ環境
• CMSIS-DAP対応
→ 情報やソースコードがGithubなどに公開されている

34. ブラウザによるクラウド開発環境
• WEBブラウザベース開発
• ARM純正で安心
• 開発環境を整えなくてよい
（サンデープログラマーには有難い）
• 情報が豊富（たぶん）
• 結構な数のARMマイコンボードをサポート
• コンポーネントライブラリやAPIも豊富そう

35. ドラッグ＆ドロップ書込み
• USB接続してbinファイルをD&D
• ”MBED”ドライブに放り込めばOK
• デバッグ用に仮想シリアル、SWD/JTAGも
付いてくる
• binファイルをD&Dすれば書込みOK
• 書込み失敗するとここにFAIL.txtが作られる

36. TIME OUT