SOPC系統(tǒng)中如何利用Flash來保存用戶程序

1 Flash在SOPC中的作用

Flash在SOPC中的作用主要表現(xiàn)在兩方面：一方面，可用Flash來保存FPGA的配置文件，從而可以省去EPCS芯片或解決EPCS芯片容量不夠的問題。當(dāng)系統(tǒng)上電后，從Flash中讀取配置文件，對(duì)FPGA進(jìn)行配置。另一方面，可用Flash來保存用戶程序。對(duì)于較為復(fù)雜的SOPC系統(tǒng)，用戶程序一般較大，用EPCS來存儲(chǔ)是不現(xiàn)實(shí)的。系統(tǒng)完成配置后，將Flash中的用戶程序轉(zhuǎn)移到外接RAM或片內(nèi)配置生成的RAM中，然后系統(tǒng)開始運(yùn)行。

2 Flash編程的實(shí)現(xiàn)

本文以某項(xiàng)目的具體電路為例，闡述在SOPC系統(tǒng)中如何利用Flash來保存用戶程序。FPGA為Altera公司的Cyclone EP1C6，F(xiàn)lash為AMD公司的AM29LV160D，外接RAM為Samsung公司的K4S643232H，串行配置器件為EPCS1。開發(fā)工具采用Altera公司提供的QuartusII和NioslI軟件。

NiosII的開發(fā)環(huán)境中提供了Flash Programmer工具，對(duì)目標(biāo)板上遵守CFI(Common Flash InteRFace)規(guī)范的Flash進(jìn)行編程。CFI是一種Flash接口規(guī)范，只要Flash符合該規(guī)范，通過專門的命令就能獲得其詳細(xì)的參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)訪問Flash。利用Altera公司的下載電纜，F(xiàn)lash Programmer工具可以對(duì)Flash器件中的任意偏移地址進(jìn)行任意內(nèi)容的編程。Flash Programmer工具對(duì)Flash編程分為2個(gè)步驟：

①根據(jù)目標(biāo)板編程描述對(duì)FPGA進(jìn)行配置；

②Flash Programmer工具將要編程到Flash的文件內(nèi)容傳送到FPGA的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，然后FPGA將收到的數(shù)據(jù)寫入Flash中。

2.1 目標(biāo)板編程描述的創(chuàng)建

目標(biāo)板編程描述實(shí)際就是一個(gè)由SOPC Builder系統(tǒng)生成的最小FPGA設(shè)計(jì)，其作用是對(duì)FPGA進(jìn)行適當(dāng)配置以實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash的編程。不同的電路板(目標(biāo)板)往往使用不同的Flash器件，并且Flash與FPGA的引腳連接以及FPGA的型號(hào)也不相同，因此每個(gè)目標(biāo)板編程描述都是與具體的目標(biāo)板相關(guān)聯(lián)的，不能用于其他目標(biāo)板。目標(biāo)板提供了Flash Programmer工具對(duì)Flash進(jìn)行編程的全部信息，包括Flash的容量、Flash的引腳連接等。

一個(gè)目標(biāo)板編程描述包含以下信息：每個(gè)接到FPGA上Flash器件的參考元件標(biāo)號(hào)；Flash器件在目標(biāo)板編程描述中的基地址；用于配置FPGA的SOF文件。

目標(biāo)板編程描述的創(chuàng)建分2步：

①在Nios SDK Shell中使用mk_target_board命令創(chuàng)建一個(gè)工程模板；

②使用SoPC Builder對(duì)模板進(jìn)行編輯，從而形成完整的目標(biāo)板編程描述。

每個(gè)目標(biāo)板編程描述應(yīng)包含下列元件：NiosII CPU；JTAG_UART接口；本目標(biāo)板中采用串行配置器件EPCS存儲(chǔ)FPGA的配置文件，因此需要Active Serial MemoryInterface(ASMI)；Tri-State Bridge(三態(tài)橋)；CFI接口的Flash；System ID Peripheral；用于存放程序以及作為數(shù)據(jù)緩沖的On-chip memory。

下面以本目標(biāo)板為例，介紹創(chuàng)建目標(biāo)板編程描述的步驟：

①啟動(dòng)NiosII SDK shell；

②運(yùn)行mk_target_board命令，創(chuàng)建一個(gè)目標(biāo)板Flash編程描述模板(參數(shù)name=flash_board，family=cyclone，clock=80，index=1，epcs=U5，buffer_size=2 048，class=flash_programer)；

③啟動(dòng)QuartusII軟件并打開剛才創(chuàng)建的目標(biāo)板編程描述工程flash_programer.qPf；

④在QuartusII軟件中選擇Assignments→Device打開setting對(duì)話框，選取FPGA型號(hào)，本例為EP1C6Q240C8；

⑤啟動(dòng)SOPC Builder，在Target選項(xiàng)區(qū)的Board下拉列表框中選擇Unspecified Board，Clock欄的時(shí)鐘頻率取50 MHz，在模板的基礎(chǔ)上添加三態(tài)橋Avalon Tri-State Bridge和CFI接口的Flash(Flash的參考標(biāo)號(hào)為U5，地址為20位，數(shù)據(jù)為16位)；

⑥選擇System Generation選項(xiàng)卡，關(guān)閉Simulation選項(xiàng)，然后單擊Generate按鈕；

⑦當(dāng)生成完成后，退出SOPC Builder，并返回到QuartuslI；

⑧在QuartuslI中更新原理圖，然后添加、鏈接并命名引腳；

⑨進(jìn)行引腳分配，確保與FPGA各引腳的連接一致；

⑩編譯并保存工程。

編譯成功后，目標(biāo)板編程描述即成功創(chuàng)建。打開SOPC Builder即可在Target選項(xiàng)區(qū)的Board下拉列表框中找到該目標(biāo)板編程描述，本例為flash_board。(該目標(biāo)板編程描述的頂層圖略——編者注)

創(chuàng)建好的目標(biāo)板編程描述在任何設(shè)計(jì)的SOPC Builder中都能使用。如果想讓該目標(biāo)板編程描述在其他PC機(jī)上使用，將整個(gè)設(shè)計(jì)文件夾拷貝到NiosII安裝路徑安裝盤>＼altera＼kits＼nios2＼components目錄下即可。 function ImgZoom(Id)//重新設(shè)置圖片大小 防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w