tinyriscv/fpga

1.概述

介绍如何将tinyriscv移植到FPGA平台上和如何通过JTAG或者UART下载程序到FPGA。

1.软件：xilinx vivado(以2018.1版本为例)开发环境。

2.FPGA：xilinx Artix-7 35T。

3.调试器：CMSIS-DAP或者DAPLink。

这里只是以Xilinx平台为例，实际上可以移植到任何FPGA平台（只要资源足够）。

2.FPGA移植步骤

2.1创建工程

首先打开vivado软件，新建工程，方法如下图所示：

或者通过File菜单新建工程，如下图所示：

然后进入下一步，如下图所示：

直接点击Next按钮，进入下一步，如下图所示：

输入工程名字和工程路径，勾选上Create project subdirectiry选项，然后点击Next按钮，如下图所示：

选择RTL Project，并勾选上Do not specify sources at this time，然后点击Next按钮，如下图所示：

在Search框里输入256-1，然后选中xc7a35tftg256-1这个型号，然后点击Next按钮，如下图所示：

直接点击Finish按钮。

至此，工程创建完成。

2.2添加RTL源文件

在工程主界面，点击左侧的Add Sources按钮，如下图所示：

进入到如下图的界面：

选中第二项Add or create design sources，然后点击Next按钮，如下图所示：

点击Add Directories按钮，选择tinyriscv项目里的整个rtl文件夹，如下图所示：

勾选上红色框里那两项，然后点击Finish按钮。

至此，RTL源文件添加完成。

2.3添加约束文件

在工程主界面，点击左侧的Add Sources按钮，如下图所示：

进入到如下图的界面：

选择第一项Add or create constraints，然后点击Next按钮，如下图所示：

点击Add Files按钮，选择tinyriscv项目里的FPGA/constrs/tinyriscv.xdc文件，如下图所示：

勾选上Copy constraints files into project，然后点击Finish按钮。

注意：如果你的开发板和我的不一样，则需要将约束文件里的引脚配置改成你的开发板上对应的引脚。

至此，约束文件添加完成。

2.4生成Bitstream文件

点击下图所示的Generate Bitstream按钮，即可开始生成Bitstream文件。

这包括综合、实现(布局布线)等过程，因此时间会比较长。

2.5下载Bitstream文件到FPGA

连接好下载器和FPGA开发板，将下载器插入PC，然后给板子上电，接着点击vivado主界面的左下角的Open Hardware Manager按钮，如下图所示：

接着，点击Open target按钮，然后选择Auto Connect，如下图所示：

连接成功后，点击Program device按钮，如下图所示：

弹出如下界面，然后直接点击Program按钮。

至此，即可将Bitstream文件下载到FPGA。

2.6固化软核到FPGA

对于下载Bitstream文件到FPGA这种方式，当断电后再上电就要重新下载，因此可以将tinyriscv软核固化到FPGA，这样每次上电后就不需要重新下载Bitstream文件了，只需要下载bin文件就可以。

点击vivado工具栏的Tools-->Generate Memory Configuration File...选项后会出现以下界面：

按照图中红色框来设置，然后点击确定。

然后点击Open Hardware Manager，按下图选择：

然后按下图设置：

弹出如下对话框，点击确定。

最后按下图设置：

点击确定后开始固化。固化过程比下载Bitstream文件的时间要长，耐心等待一下即可。

3.下载程序到FPGA

3.1通过JTAG方式下载

将CMSIS-DAP调试器连接好FPGA板子和PC电脑。

打开一个CMD窗口，然后cd进入到tinyriscv项目的tools/openocd目录，执行命令：

openocd.exe -f tinyriscv.cfg

如果执行成功的话则会如下图所示：

然后打开另一个CMD窗口，执行以下命令来连接openocd，注意电脑要启用telnet host服务。

telnet localhost 4444

然后在这个CMD窗口下使用load_image命令将固件下载到FPGA，这里以freertos.bin文件为例，如下所示：

load_image D:/gitee/open/tinyriscv/tests/example/FreeRTOS/Demo/tinyriscv_GCC/freertos.bin 0x0 bin 0x0 0x1000000

使用verify_image命令来校验是否下载成功，如下所示：

verify_image D:/gitee/open/tinyriscv/tests/example/FreeRTOS/Demo/tinyriscv_GCC/freertos.bin 0x0

如果下载出错的话会有提示的，没有提示则说明下载成功。

最后执行以下命令让程序跑起来：

resume 0

注意：每次下载程序前记得先执行halt命令停住CPU。

3.2通过UART方式下载

通过UART方式下载前需要先使能UART debug模块。在约束文件里指定的uart_debug_en引脚，当其输入为高电平时表示使能UART debug模块，输入为低电平时表示关闭UART debug模块。

当使能了UART debug模块后，就可以通过tools/tinyriscv_fw_downloader.py脚本来下载程序。

tinyriscv_fw_downloader.py脚本使用方法：

python tinyriscv_fw_downloader.py 串口号 bin文件

打开CMD窗口，进入到tools目录，比如输入以下命令：

即可下载freertos.bin程序到软核里。下载完后，先关闭UART debug模块，然后按板子上的复位(rst)按键即可让程序跑起来。

4.Vivado仿真设置

如果要在vivado里进行RTL仿真的话，还需要添加tb目录里的tinyriscv_soc_tb.v文件，具体方法和添加RTL源文件类似，只是在源文件类型里选择simulation sources，如下图所示：

最后设置一下define.v文件的路径，如下图所示：

最后，还要指定inst.data文件的路径，即修改tinyriscv_soc_tb.v文件里的下面这一行：

    // read mem data
    initial begin
        $readmemh ("F://yourpath/inst.data", tinyriscv_soc_top_0.u_rom._rom);
    end

设置完成后，即可进行RTL仿真。