#技术风云榜#烧写orpmon到ML501的SPI Flash并启动linux

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引言
前面，我们已经实现用or32-elf-gdb将vmlinux烧到ML501上的DDR2SDRAM，并成功启动了linux。
+ Z  a0 n, N- n; Y* S! Q
+ v4 w$ n0 a: i5 T采用gdb的方式适合在调试和开发过程中，由于在项目开发调试过程中，需要频繁的修改和调试代码，所以使用gdb无疑是最好的方式。但是，采用gdb直接将elf文件直接烧到RAM的方式，是断电不保存的，要想让程序运行的话，每次上电之后都需要重新操作一遍，这对于项目完成之后，显然是不行的。这时就需要将软件固化到非易失性设备了。
3 |0 N/ P1 w7 A- H7 E  u
2 O0 j! }0 l7 _& v  x. I# H; O本小节就来对ML501 SPI Flash进行烧写，实现程序的自动运行。
: h3 u) y8 E4 U: ]

$ m' f% y* r6 }3 n/ }
' A( a7 y) p7 m. L) ?1，基本思想
首先配置ML501开发板的启动模式为从SPI Flash启动，将ORPSoC配置到FPGA，ORPSoC选择从bootrom启动，bootrom读取SPI Flash中的软件内容（orpmon）到RAM，然后执行orpmon，然后orpmon通过tftp下载linux镜像，最终启动linux。
+ j- v" n* g: t  ~- P' n


2，操作步骤
6 e- b5 q+ Q% r2 h本实验的基础采用的ORPSoC和orpmon以及linux。
. X+ ]/ X: I: m
此外还要注意以下几点：
; W& J+ H) c$ x7 w5 p! }$ Z
检查一下ORPSoC的启动地址是否为从bootrom启动。

or1200_defines.v：

$ f1 X9 `; g0 Y8 p
; }, G) ^; _, w3 e  ]0 p% |8 N
* g1 h. Q' Y& H7 P2 s) g0 |- M+ p// Boot from 0xe0000100
`define OR1200_BOOT_PCREG_DEFAULT 30'h3800003f
! u7 ?8 b3 q/ N! B7 l" W: `8 n`define OR1200_BOOT_ADR 32'he0000100
! I0 u. D( f0 r2 v) e7 q
正确生成针对ML501的bootrom.v。
确认没有问题之后，我们需要对ORPSoC进行以下修改：

1>FPGA配置文件的生成
, Y/ {& e9 _1 q; s0 w4 r$ ea，使能SPI模块

由于针对ML501板子的ORPSoC中，默认情况下SPI Flash是关闭的，所以我们在综合之前要使能之。

orpsoc-defines.v：
) z0 p$ R1 z7 b


% V  ], O4 y+ b6 b0 _) `

( J  ]% q) ~6 }& U# D, wb，修改ucf

" B, r- D; t' \! f  w使能SPI之后，我们需要给SPI控制器分配相应的引脚，但是SPI控制器和CFI 控制器有一个引脚冲突（AA9），如下所示：
0 E) i) B, h6 y# {2 y8 L8 {
ml501.ucf：
* e* C( d3 W" P. A% u
SPI的引脚分配：
- ^- y# D& r( F9 P* B0 ^


CFI 的引脚分配：

: g+ Y5 c: d0 l

从中很容易就能看出，AA9这个引脚存在分配冲突，由于MOSI是写SPI flash使用的，我们只是读SPI Flash，并且后面我们可能还会使用CFI flash，所以，我们这里选择把AA9这个引脚给CFI Flash使用。SPI只用3根线即可：
9 z* ^; m5 [9 T4 X0 \, ]8 s' ~6 q+ U


6 O; R: o/ v' I) F9 T0 h

; G" p- H! t  w" q. n3 F# |c，修改ise生成bit文件时的配置参数

在综合生成bit文件之前，需要startup clk配置为CCLK，而不是JTAG CLK。
1 ]7 Q* j& Q8 H% P
3 a& T: R: J1 ~, y' c7 i. ?d，综合生成orpsoc_top.bit文件
; ]6 R& v8 i, _$ n  m: J
用ise综合生成orpsoc_top.bit。


0 S+ t: g2 \3 ?
9 z0 t, o) F+ M& I4 {) G1 t9 J* k2>orpmon软件文件的生成
5 _5 f, D& Y# n; z; Q% g9 L  xa，修改开发板类型
  m# }  E& O$ `9 Y. ?$ \
$ h& b$ G& x, V' V# corpmon/include/board.h：
$ i% g: D) c9 q: M& n2 B" {/ ~


3 l" x+ m) c; @( @( q

b，修改时钟频率
% _' ?3 v, {7 I" f' [# V
orpmon/include/board.h：
4 d6 @' ^6 Z  W" x- L, N' a
3 D/ ~& j8 B4 p# ]. ?

c，编译生成orpmon.or32.bin

/ Q- ?( Q9 q, s+ `. x! w5 W在orpmon目录下执行make，即可生成orpmon.or32.bin文件：

" }3 [# b2 K' \9 ?' g
( D! |; d9 X7 j) E  N$ {
* ^; q! y! i1 S3 F8 f2 _$ C$ J; \& [

& D' T/ ]+ A- [# a# Ud，生成附带sizeword信息的orpmon.or32.szbin文件

$ d4 g/ B/ `, g, e! I向bin文件中增加sizeword信息，用bin2binsizeword小工具生成：
& ~' z$ ]# |; w, n8 y2 K
% P4 _' l" ?# g5 O' G! j
! w; t) A; [. `/ [" v" l! o
3>SPI Flash格式文件的生成（.mcs文件）
在分别生成bit文件和szbin文件之后，我们就可以生成针对SPI Flash的mcs文件了。有两种方式，可以采用iMPACT的图形界面，也可以使用ISE下的Tcl。
: x9 y! H6 y% x# |
a，采用图形化界面
6 l  j' n' X+ T7 \8 D
打开iMPACT，双击运行PROM File Formatter，具体操作过程这里不再赘述。

, _5 N  k' ^* m2 V

b，使用Tcl命令生成mcs文件

除了采用图形化界面，还可采用更加方便的Tcl命令生成mcs文件：
4 b6 ]9 S" G# }# u/ f
打开ise，view-> Panels->Tcl Console，打开Tcl终端，执行如下命令：


6 \0 F5 ?8 `2 I  C% m
promgen -spi -p mcs -w -o orpsoc.mcs -s 2048 -u 0 -data_file up 1c0000 orpmon.or32.szbin
$ P0 Z2 ~7 D9 {8 P; g
: ^; T7 h: q% c6 a$ B其中orpsoc.mcs为生成输出文件名，2048为SPI Flash的大小（KBytes），-u后面的0代表mcs文件的起始地址，1c0000为软件数据的起始地址，orpmon.or32.szbin为包含sizeword信息的软件镜像的文件名。
( X' [+ X+ n: S6 E% y1 jmcs文件的生成，请参考：soc-design/orpsocv2/boards/xilinx/ml501/backend/par/bin/Makefile。
/ O- g  f4 d% h4 F' Q% Q
* ^+ \# q/ z, k! t

4>用iMPACT将mcs文件烧到ML501上的SPI Flash中
在准备好mcs文件之后，使用iMPACT，将mcs文件烧到SPI Flash里面。


% C$ n- B, ^  w  B
5>启动orpmon
8 D' o  f+ [% N' O& t% imcs文件烧写完成后，连接板子的串口到PC机，打开串口终端，板子重新上电，即可看到orpmon打印输出。
5 N$ f/ e0 R5 P0 p0 |* h
和直接采用or32-elf-gdb下载执行的结果一致。
9 y" b, Z, b; v* U
6> PC端打开tftp server
. _2 t) V: L& U6 G! ]: P在orpmon启动运行之后，我们就可以通过tftp下载linux了。
2 g. h; b0 R4 e& ]1 ^- b
3 F; c- E1 J0 a首先要在PC端建立tftp server（tftpd32.exe）：
5 J; K; C" Z" l+ r
7 f* N# R" G5 |& i; Z指定vmlinux.bin文件的路径，设置server ip。

通过orpmon/include/board.h中的配置可以看到具体的网络配置参数：
1 M# E; F% J" U/ o( T


根据上面的参数，我们需要修改PC机的IP地址和子网掩码。分别为192.168.0.15和255.255.255.0 。

+ Q. n7 Q$ }& `
3 W0 k7 Z, B+ }/ @: a/ Q* ^
9 D) e  u0 V3 G7 c; ~% s3 d9 _0 G: G
1 [* @; w: \. b7 N8 @
+ k* t6 ]9 d" |* a7>用orpmon下载vmlinux.bin文件
/ b/ `. M( E5 ~. u! N. K3 I9 fPC机准备好之后，我们就可以下载linux了。

首先在终端执行‘tftp_conf vmlinux.bin 192.168.0.15’配置orpmon的tftp配置信息。

然后执行‘tboot’即可完成linux的下载和执行。

  p% Y7 w$ q) t1 {1 y这里需要注意的是一定要下载vmlinux.bin文件，不是vmlinux文件。因为vmlinux文件是ELF格式，不能直接将其烧到RAM执行。而如果采用gdb下载的话，需要下载vmlinux文件。

( f5 x1 s  L! m+ p& S5 kvmlinux.bin文件下载过程中，如下图所示：





; ]1 r" x5 ~5 {0 u/ S下载完之后，执行tboot命令，即可启动linux：
, k& o+ }( S0 x/ u
6 [) X* Q$ N6 j. p! o( s
; o5 n- l/ b4 a# y( K, e; o
在linux启动的最后，就可以进入shell模式：
# m4 {" i6 s4 P# L' z
$ z4 k" D0 E) F* p' t7 ]. i) m
# k. w- A. u+ @3 i7 k9 i
6 V: q, C0 s/ j9 G2 w9 h3 i, [; ]7 |9 C在shell模式下，可以看到在文件和目录周围有类似乱码的信息，那是颜色数据，由于这个串口终端不能解析造成的，如果采用putty，类似乱码的信息就会消失了。
5 [( ]4 D3 ?+ J& t1 Y/ B


8>启动u-boot
从（http://opencores.org/or1k/U-Boot）或者（http://git.openrisc.net/cgit.cgi/stefan/u-boot/commit/）将u-boot下载下来，解压。

执行：

, O3 M5 K, h. G$ X& bmake ml501_config
make

) s; f& `& A- K, J即可生成u-boot.bin文件，替换vmlinux.bin，按照上述步骤，即可启动u-boot。经测试，没问题。
如果想上电直接启动u-boot，按照上述步骤，替换orpmon.or32.szbin即可。未测试。
' ?1 n2 H" ]( o0 J3 Y6 D% u+ T
1 _: {) i3 z, R& @如果想上电直接启动linux，按照上述步骤，替换orpmon.or32.szbin，但是，估计SPI Flash容量不够大。未测试。

如果启动u-boot之后再启动linux的话，可以采用nfs的方式。

, v/ o- I* n" a* P) m
6 k% y+ _0 K, m. m. F
9>从CFI Flash启动软件
如果想从CFI Flash启动，步骤如下：
, U3 l7 M. g$ X6 }0 m) `9 p: o7 j
soc-design\orpsocv2\sw\apps\cfi_ctrl_programmer下执行：
7 j* J0 A& k& N" |% G
make PROGRAMMINGFILE_SWBIN=orpmon.or32.szbin生成烧写CF卡的裸机程序（cfi_ctrl_programmer.elf）。

用gdb将cfi_ctrl_programmer.elf烧到RAM并运行，将orpmon烧到CF卡里。

' ]& ~1 l' h! I2 a( s修改ORPSoC的启动地址，为从CF卡启动，综合，重新将bit文件转换成mcs文件，烧到FPGA的SPI Flash里，重新上电，即可直接从CF卡启动orpmon。



- A9 f7 n$ j4 Z& N; @

+ Z. i% \* g% V* b+ r3，小结
9 A2 T- L4 o, \4 E本小节我们实现了从非易失性设备里上电启动软件。

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烧写orpmon到ML501的SPI Flash并启动linux