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

qsoiuwisjiuw · 发表于 2020-11-17 15:39

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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。

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。

本小节就来对ML501 SPI Flash进行烧写，实现程序的自动运行。

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。

2，操作步骤
本实验的基础采用的ORPSoC和orpmon以及linux。

此外还要注意以下几点：

检查一下ORPSoC的启动地址是否为从bootrom启动。

or1200_defines.v：

// Boot from 0xe0000100
`define OR1200_BOOT_PCREG_DEFAULT 30'h3800003f
`define OR1200_BOOT_ADR 32'he0000100

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
a，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：

b，修改ucf

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：

ml501.ucf：

SPI的引脚分配：

CFI 的引脚分配：

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：

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。

d，综合生成orpsoc_top.bit文件

用ise综合生成orpsoc_top.bit。

2>orpmon软件文件的生成
a，修改开发板类型

orpmon/include/board.h：

b，修改时钟频率

orpmon/include/board.h：

c，编译生成orpmon.or32.bin

在orpmon目录下执行make，即可生成orpmon.or32.bin文件：

d，生成附带sizeword信息的orpmon.or32.szbin文件

向bin文件中增加sizeword信息，用bin2binsizeword小工具生成：

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。

a，采用图形化界面

打开iMPACT，双击运行PROM File Formatter，具体操作过程这里不再赘述。

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：

打开ise，view-> Panels->Tcl Console，打开Tcl终端，执行如下命令：

promgen -spi -p mcs -w -o orpsoc.mcs -s 2048 -u 0 -data_file up 1c0000 orpmon.or32.szbin

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。
mcs文件的生成，请参考：soc-design/orpsocv2/boards/xilinx/ml501/backend/par/bin/Makefile。

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。

5>启动orpmon
mcs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。

和直接采用or32-elf-gdb下载执行的结果一致。

6> PC端打开tftp server
在orpmon启动运行之后，我们就可以通过tftp下载linux了。

首先要在PC端建立tftp server（tftpd32.exe）：

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：

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 。

7>用orpmon下载vmlinux.bin文件
PC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。

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。

vmlinux.bin文件下载过程中，如下图所示：

下载完之后，执行tboot命令，即可启动linux：

在linux启动的最后，就可以进入shell模式：

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。

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：

make ml501_config
make

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。

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。

9>从CFI Flash启动软件
如果想从CFI Flash启动，步骤如下：

soc-design\orpsocv2\sw\apps\cfi_ctrl_programmer下执行：

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。

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。

3，小结
本小节我们实现了从非易失性设备里上电启动软件。

CCxiaom · 发表于 2020-11-17 16:45

烧写orpmon到ML501的SPI Flash并启动linux

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