SOC FPGA之流水灯设计

一、DS-5简介

        Altera Soc EDS开发套件的核心是Altera版ARM Development Studio 5(DS-5)工具包，为SoC器件提供了完整的嵌入式开发环境、FPGA自适应调试和对Altera工具的兼容。

1.1 DS-5 eclipse破解

首先下载破解器

然后进入cmd运行，进入到破解器所在文件夹

 然后输入patcher.exe --license ?:licensepath

最后显示.dat文件即可，将license添加到eclipse中就好了

1.2 ARM编译器

        ARM编译器用于生成面向ARM、Thumb、Thumb22、VFP和NEON指令集的应用程序。
        ARM编译器工具链可用于编译由C、C++或ARM汇编语言源代码编写的程序，可以为32位ARM、16位Thumb和Thumb-2指令集生成优化代码，并支持完整的符号ISO标准的C和C++代码，通过向量化NEON编译器支持NEON SIMD指令集。

1.3 GNU编译器

        Altera Soc EDS自带的裸机GNU编译工具是基于ARM架构的处理器，用于编译Linux应用程序，可以直接从命令行直接启动，也可以在Eclipse中创建Linux可执行程序项目从而调用此套编译器。

二、基于ARM编译器的流水灯实例

2.1 创建项目

新建C Project

用SOC EDS提供的HALIB中给的API访问板上硬件，所以需要在项目编译选项中添加HWLIB路径
选择主菜单Project->Properties，在弹出的Properties for LedWater对话框中点击Includes

本实例要添加的是项目编译时需要包含的HALIB路径，点击Include path(-I)，通过File system选择<SocEDS安装路径>\ip\altera\hps\altera_hps\hwlib\include

在C项目中添加主程序main.c，File->New->Source File

创建硬件设备描述头文件hps_0.h
SOC EDS提供了由Qsys硬件系统信息转换为软件开发所需设备描述头文件的工具swinfo2header，通过Shell进入Qsys工程所在目录并输入

sopc-create-header-files soc_system.sopcinfo -single hps_0.h -module hps_0

根据.sopcinfo文件生成hps_0.h文件，并将其拷贝至Eclipse当前项目目录中

另一种生成hps_0.h文件是编写Shell脚本generate_hps_qsys_header.sh

#!/bin/sh
sopc-create-header-files\
"/cygdrive/d/chapter7/Hardware/soc_system.sopcinfo"
--single hps_0.h
--module hps_0

脚本文件编译完成后将其保存在当前项目目录中，在命令行中切换到当前项目目录，然后执行哎脚本，即可在当前项目目录下生成 hps_0.h

在Eclipse中右键点击项目名称选择Refresh就可以看到hps_0.h文件已经被添加至当前项目

将<SocEDS安装路径>\embedded/\ip\altera\hps\altera_hps\hwlib\src\hwmgr中的看门狗驱动程序alt_watchdg.c拷贝至项目目录并对其进行裁剪

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "socal/hps.h"
#include "socal/socal.h"
#include "socal/alt_rstmgr.h"
#include "socal/alt_l4wd.h"
#include "hwlib.h"
#include "alt_mpu_registers.h"
#include "alt_watchdog.h"
#include "alt_clock_manager.h"#define WDOG_RESET_KEY           0x00000076
#define ALT_WDOG_RST_WIDTH       8             //8个或更多MPU时钟周期bool cpu_wdog_in_gpt_mode(void)
{return !(alt_read_word(CPU_WDTGPT_TMR_BASE + WDOG_CTRL_REG_OFFSET) & WDOG_WDT_MODE);
}/****************************************************************************************/
/* 启动指定看门狗定时器                                                                 */
/****************************************************************************************/
ALT_STATUS_CODE alt_wdog_start(ALT_WDOG_TIMER_t tmr_id)
{ALT_STATUS_CODE     ret = ALT_E_BAD_ARG;    //返回值uint32_t            regdata;                //定义数据变量if (tmr_id == ALT_WDOG_CPU){regdata = alt_read_word(CPU_WDTGPT_TMR_BASE + WDOG_CTRL_REG_OFFSET);alt_write_word(CPU_WDTGPT_TMR_BASE + WDOG_CTRL_REG_OFFSET, regdata | WDOG_TMR_ENABLE);ret = ALT_E_SUCCESS;}else if ((tmr_id == ALT_WDOG0) || (tmr_id == ALT_WDOG0_INIT)){regdata = alt_read_word(ALT_L4WD0_WDT_CR_ADDR);alt_write_word(ALT_L4WD0_WDT_CR_ADDR, regdata | ALT_L4WD_CR_WDT_EN_SET_MSK);ret = ALT_E_SUCCESS;}else if ((tmr_id == ALT_WDOG1) || (tmr_id == ALT_WDOG1_INIT)){regdata = alt_read_word(ALT_L4WD1_WDT_CR_ADDR);alt_write_word(ALT_L4WD1_WDT_CR_ADDR, regdata | ALT_L4WD_CR_WDT_EN_SET_MSK);ret = ALT_E_SUCCESS;}return  ret;
}/****************************************************************************************/
/* 重新加载计数器的倒数计时器，并重启看门狗定时器                                       */
/* 可以在看门狗定时器计数结束前任意时刻重启定时器                                       */
/* 本质上是清除中断                                                                     */
/****************************************************************************************/
ALT_STATUS_CODE alt_wdog_reset(ALT_WDOG_TIMER_t tmr_id)
{uint32_t                regdata;        //定义读数据if (tmr_id == ALT_WDOG_CPU){regdata = alt_read_word(CPU_WDTGPT_TMR_BASE + WDOG_LOAD_REG_OFFSET);alt_write_word(CPU_WDTGPT_TMR_BASE + WDOG_LOAD_REG_OFFSET, regdata);     //验证硬件操作if (cpu_wdog_in_wdt_mode()){alt_write_word((CPU_WDTGPT_TMR_BASE + WDOG_RSTSTAT_REG_OFFSET), WDOG_RST_STAT_BIT);   //根据当前模式，清除复位位}else{alt_write_word((CPU_WDTGPT_TMR_BASE + WDOG_INTSTAT_REG_OFFSET), WDOG_INT_STAT_BIT);   //清除中断状态位}}else if ((tmr_id == ALT_WDOG0) || (tmr_id == ALT_WDOG0_INIT)){alt_write_word(ALT_L4WD0_WDT_CRR_ADDR, WDOG_RESET_KEY);               //重启计数器，清除看门狗0定时器中断}else if ((tmr_id == ALT_WDOG1) || (tmr_id == ALT_WDOG1_INIT))             //重启计数器，清除看门狗1定时器中断{alt_write_word(ALT_L4WD1_WDT_CRR_ADDR, WDOG_RESET_KEY);}else { return  ALT_E_BAD_ARG; }return ALT_E_SUCCESS;
}

ARM链接器支持分散加载机制，可通过一个描述性分散文件(*.scat)指定链接生成可执行影响存储器映射情况，使开发人员完全控制映像各部分的组织、布局情况。分散文件通常用于控制需要复杂存储器映射的映像。

创建分散文件OnchiioRAM.scat，选择File->New->Other ，在Scatter File Editor中选择Scatter File

流水灯仅需对映像存储器映射进行控制，控制映像在片内65KB的OnchipRAM连续的存储区域加载执行，地址映射为0xFFFF0000~0xFFFFFFFF，编辑该分散文件内容如下：

PCRAM 0xFFFF0000 0x10000
{;APP code regionAPP_CODE +0{*(+RO,+RW,+ZI)};Application heap and stackARM_LIB_STACKHEAP 0xFFFF8000 EMPTY 0x8000{}
}

保存编辑好的Scatter文件并保存该文件，再次打开该文件即可看到映像加载区和执行区两种存储器映像视图

编辑主程序文件main.c，使板上LED呈现流水灯实验现象

/************/
/*LedWater example*/
/************/#include <stdio.h>
#include "hwlib.h"
#include "alt_watchdog.h"
#include "socal\socal.h"
#include "socal\hps.h"
#include "socal\alt_gpio.h"
#include "socal\alt_rstmgr.h"
#include "socal\alt_l4wd.h"
#include "hps_0.h"void delay(int time);    //delay function declarationint main()
{int i = 0x01000000;int j = 0x00000001;alt_wdog_start (ALT_WDOG0);                              //start the watchdogalt_write_word(ALT_RSTMGR_BRGMODRST_ADDR, 0x00000000);   //remove bridge reset modealt_write_word(ALT_GPIO1_SWPORTA_DDR_ADDR,0x0F000000);   //set GPIO1 direction as outputwhile( 1 ){alt_write_word(ALT_GPIO1_SWPORTA_DR_ADDR,        i);   //update led state controled by GPIO1 valuealt_write_word(ALT_LWFPGASLVS_OFST + LED_PIO_BASE, j); //update led state controled by FPGA peripheralif ( (i & 0x0F000000) == 0x08000000 )i = 0x01000000;elsei = i << 1;if ( (j & 0x0000000F) == 0x00000008 )j = 0x00000001;elsej = j << 1;delay(100000000);  //delayalt_wdog_reset(ALT_WDOG0);    //kick the watchdog}return 1;
}
void delay(int time)
{int k;for( k=0; k<time; k++ );
}

2.2 项目编译

在编译之前需要为ARM Linker指定生成可执行程序所需的分散文件OnchiioRAM.scat

在Properties中选择ARM Linker->Image Layout，选择文件

在注册单选择Project->Build Project或者工程名右键Build Project
编译过程中可在Console窗口查看相关信息，整个编译过程为先启动ARM C Compiler进行编译生成目标文件，再启动ARM C Linker链接为可执行程序，最后生成LedWater.axf可执行程序映象

将之前生成的software\spb_bsp\uboot-socfpga\spl\u-boot-spl拷贝至当前目录，将.sof文件下载之FPGA中即可。