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标题: #技术风云榜#OpenRISC开发板O_board的设计，实现，调试与验证 [打印本页]
作者: qsoiuwisjiuw    时间: 2020-11-16 14:50
标题: #技术风云榜#OpenRISC开发板O_board的设计，实现，调试与验证
引言
! m; I/ \0 {4 {2 G5 Q! I8 f“书上学来终觉浅，绝知此事要躬行”，“百闻不如一练”。
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# H; e: E! j  j9 Z无论是研究什么东西，学习和观摩是一回事，动手操作又是另外一回事。玩OpenRISC也是这样，只分析RTL，做一下仿真，对其感觉只能停留在‘纸上’，要想进一步加深对OpenRISC的理解，加深对CPU设计技术的掌握。除了分析RTL和仿真之外，还需要做很多基于OpenRISC的实验或者实际的项目才行。! H4 |7 Y$ [, L5 B- _

9 U* b9 ]+ n! j* P( U' R要做实验就需要对应的开发板，目前国内的FPGA开发板种类很多，但没有一款是专门针对OpenRISC的，要想用目前市场上的开发板，主要面临两个问题，首先，大多数普通大众的开发板大多逻辑资源不足，无法运行ORPSoC；另外一 个问题是，即使有高端的FPGA开发板，资源也够用，一般价格昂贵，此外还需要大量的RTL移植工作，bootloader移植工作和linux移植工作。这些移植工作需要的知识面很广，并且非常耗时。
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我从2012年下半年开始接触OpenRISC，并购买了官方的ORDB2A开发板，价格适中，资源丰富，而且免去了大量的移植工作。, P1 m4 }# X( @8 g  Z# s
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后来，随着研究的深入，越来越多的人参与进来，大家一起讨论问题，解决bug。其中深深体会到，很多问题重复的问题出现，此外还有很多问题根本不知道怎么描述，其中一个很重要的原因是大家没有一致的开发板，于是我建议大家购买官方的开发板，但是很快发现，官方的板子“Out-Of-Stock”了，没货了！
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怎么办？当时有很多人“怂恿”我，让我仿照官方的板子，做一块一模一样的！！！+ }6 \: M- D- V9 }2 m2 ?3 ^* s

  F" n+ x9 F9 [我当时考虑到这个板子既能用来学习嵌入式，又能学习FPGA和RTL，还能了解CPU设计技术，一举三得，所以就毫不犹豫就答应了，于是，从那时起，我就陷入了“苦海”。
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/ q0 t  V6 B2 _6 P从2013年9月初，开始画原理图，到现在（2014年1月5日）可以在板子上跑linux。前后四个多月的时间里，一波三折，五味杂陈。: K8 u2 E7 t5 f8 r* `* ]
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本小节就回顾一下这四个月里做OpenRISC开发板--O_board 的酸甜苦辣。
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- ~0 p/ M, S0 v8 l1，O_board的logo$ j8 p1 I. S6 L0 i( f% y! B
下面就是我用5分钟设计的logo。. r9 ~, q9 c' i- b& I5 F3 ~) d

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2，原理图( n4 @/ B( c* H
O_board原理图，以opencores的ORDB2A的原理图为参考，重新用altium designer修正原图中的几个错误，并重画了一遍。6 x% f/ |. V5 a% M
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原理图，我已传到了QQ群的共享文件里(群号：277505520)，有需要可加入此群之后下载。
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: K& v& b( T+ l+ `3，布局布线  N) o3 q* i# ~% W
如果说原理图是参考ORDB2A的话，那PCB的布局和布线就完全是原创了。O_board为了降低制版费用，决定采用4层板布线，要知道FBGA封装的FPGA芯片的256个引脚通过4层板全部扇出，对我这种菜鸟来说，确实有很大挑战。
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下面是用altium designer完成P&R之后的样子。$ w2 e2 e$ b1 Q, c+ B% j
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4，制版* [/ w! Z  d! F' Y' C
在布完线之后，检查一遍又一遍。然后就是找制版厂拿去制版了，由于比较关心制版质量，再加上制版工艺要求较高，所以我并没有找深圳那边的厂子，而是找了长沙的一个制版厂，并且采用沉金工艺。
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; B1 T, X' u4 K8 p& m3 R8 L, j把PCB文件扔出去之后，经过一周的等待，2013年12月10日，终于制版回来了。
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5，采购物料
. u' J# y7 m; i3 Z3 i+ a9 P板子回来之后，下一步就是根据BOM，采购物料了。麻雀虽小五脏俱全。板子不大，但是芯片，电容，电阻，晶振，各种接插件，一样也不少。
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9 \' p5 c+ Q+ j& ^+ D; y由于官网的板子是欧洲生产的，所以O_board的很多物料，在国内都很难买到。- `# S- E; @+ _

# t( \1 I; Q+ S$ H在我跑过无数次中发，搜遍淘宝之后，总算把所有的物料的买全了。由于买的量太少，我本人之前也从来没干过采购的活儿，为了买到原装正品的芯片和接插件，买了退，退了买，折腾了近半个月之后，总算搞定了。. A, }: H9 e1 _9 J! H
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4 R8 c3 U, i4 l" c: Y9 f7 c' d) P) M6，焊接# J9 K( r% C, o# R: J7 F; G. \0 W8 A
制版也好了，物料也全了。下一步就是焊接了。
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  [; j6 N. C! Q3 o1 Z; z$ y我是做软件出道的，半路转的硬件。虽说是硬件，但主要还是RTL，真正和PCB级别的打交道还是很少的。焊工就不用提了，那叫一个差啊。( h$ Q, d6 b! l9 p+ ^9 c. |
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于是我整理好物料，光板，焊接说明书之后，交给了北京的一家专业焊接厂。" @! J. F0 ]7 `8 ~# n1 g
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三天之后，板子焊完回来了。
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7，硬件调试1 }* ^  e; h% o
焊接完之后，我刚拿到板子，就发现有好几个地方焊的都不对，有的电阻不让焊，结果给焊上了；有的电阻漏焊了；有的芯片引脚焊错了；有的芯片引脚焊锡太多造成短路了。" S0 l$ N- u; `+ e& X% Y

0 y5 O  B; X* j4 V, Z1 V# u( d总之，上电之后，电源灯根本不亮。6 e. D, ]! k  F* Q% B

4 _5 C, v! x) }后来检查发现是电源芯片的几个引脚给焊短路了，有另外一个电源芯片的引脚虚焊了。
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修改之后，发现板子发热很厉害，不到一分钟时间，板子就特别烫手，5V输入也被拉低到了4.6V。6 e/ Q" l/ o7 j# q! d

& I/ T3 R- l- j3 D$ P2 ugdb可以下载程序，但不能读写SDRAM。。。。。。。。
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调试or_debug_proxy。。。。。。$ e- ~8 e8 m. E( R

6 K/ C7 z5 w7 X! h4 W/ H调试adv_jtag_bridge。。。。。。
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后来检查发现是晶振的引脚给焊错了。- G2 y: g' J- V3 Z7 @
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。。。。。。
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% F, W5 J+ `4 P7 V经过四五次修改，供电部分和晶振总算正常了。
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1 a" O/ a( o& a# w, V下面是我晚上熬夜调试的情景。, ^2 E2 X  a4 U4 G; ]3 ?
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需要说明的是，白天还要正常工作哦，毕竟公司给安排的工作是第一位的。0 j+ j: w: S  h% G' K" Q

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8，RTL的调试0 n0 v! M+ i; ^: R3 x- _
由于主芯片EP4CE22F17C6N，在国内一直买不到原装正品，所以就采用了功能，逻辑资源，封装完全一致，但速度略低的EP4CE22F17C8N。
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将ORPSoC中的PLL的频率降低之后（从50M降到20M），发现时序分析时出现错误，修改SDC文件，OK。0 o& l8 e. }/ p5 P3 o1 P/ y8 y
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9，软件的调试0 G( X* R3 M8 z1 a+ t' P1 ^+ R( I
这里主要包括orpmon和linux。
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同样是修改频率，之前移植到ML501时有过介绍，这里不再赘述。
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10，验证8 Q, }4 u  a* O/ O! @
经过千难万险，总算可以跑软件了。
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2 A. [1 n7 z% w" {具体的操作步骤，之前已经介绍过了，如有疑问，请参考。
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+ @* j  v# V0 o& z; g* M- v3 [O_board 跑orpmon：
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: D, q% s: S5 i: cO_board跑linux：
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O_board起来linux之后，挂在PC机上的NFS，并运行“hello O_board”程序：( z% T# [9 P3 I& g. q: r

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注意：出现Segmentation fault是因为我用or32-elf-gcc编译的，改用or32-linux-gcc之后，OK。
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通过上面的测试，说明O_board的JTAG，串口，ORPSoC，SDRAM，ETH等模块完全工作正常！
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原理图经过6次改版，PCB经过3次改版，制版厂经过两次改版，现在板子的所有功能都没有问题了。
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板子调试成功之后，就有好多人跟我说想要，在我免费送出去两块光板之后，发现这样下去不行，光快递费我都付不起。
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: _4 N& T! ?' s, I需要注意的是，除了板子之外，还会提供全套的学习资料，包括已经搭建好的开发环境，还有很多实验例子。8 \# s1 l6 P! z9 ]' t+ b. k! b

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+ D! j! x( j9 s, ^+ @( S附录：O_board feather
3 g3 Z4 z; D+ y' r8 O* i( Y; L! f适用对象：
+ B2 {: d* S  W: j5 |) M& ~1，嵌入式爱好者
/ z* _  s& H) _! P9 H用处：学习U-boot，linux开发，驱动开发。2 o! Y+ X5 s" C9 z* i6 B
2，FPGA爱好者7 F4 Y: o8 E# }: I* ~
用处：可以熟悉quartusII软件操作，SoC设计，verilog HDL练习。9 d+ A9 v6 l- Q1 N/ g  ?7 d  N- R
3，开源CPU爱好者& y- T% M2 @# }/ |' n/ w
用处：修改CPU内部模块，如流水线，cache，MMU等。$ c1 i4 e  I' W# }. j
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如果是学生，可以用来做毕业设计。
5 I- m6 }0 P* X* J( n) b如果是工程师，可以锻炼技术能力。' t7 [/ T( N% V- M! ]6 z  j- q

9 c; i  n4 A. o板子参数：
5 G% x1 P4 j4 W, U-ALTERA Cyclone IV E, 22K LUT （EP4CE22F17）$ j  B+ }/ P* J) o3 T  G
-SDRAM 32 Mbyte
, M) ^. j% W' B7 l' T+ ]' W" _-SPI FLASH, 1 Mbyte
/ t$ ^6 s+ P2 L6 S. x1 P% Y) B-SDIO micro connector
, ~' h$ E! d- ~6 F( F% K-Fast Ethernet
, s& m1 h8 Q2 |, [# D  W( M5 Z# A' j-USB "on-the-go" HOST/SLAVE
9 W: w4 H; p8 L7 M% b# [: Z" K-USB power, configuration, UARTs 3 d) J9 @- H' V9 Y" T
-Expansion connectors $ R0 V/ w' _' S5 o
-Supply via USB
& y, i  Y' F8 e8 o
; I! t) E- p! t- a9 Y* Y- J, U: j/ `0 i
小结$ F  B( V3 S2 ^5 T& E6 B; v, y* n7 m3 }9 o+ f
这次可真是体验了一下从画原理图，PCB的布局布线，再到制版，采购元器件，焊接，调试，FPGA开发，CPU设计，SoC开发，linux开发的全套流程啊，最后甚至还体会了一下销售+客服，感慨万千，收获颇多啊。
作者: yin123    时间: 2020-11-16 16:35
OpenRISC开发板O_board的设计，实现，调试与验证



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