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引言% h( r# w/ b G$ A7 d: O: q- @
“书上学来终觉浅，绝知此事要躬行”，“百闻不如一练”。
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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。
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4 {6 E1 L- v! k0 A5 e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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, Z4 L; Q. [0 ?( c1 O7 l, n+ \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。
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3 n) V" r8 }3 T5 ^ i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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9 L/ j4 f1 ^. H5 H: s" r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！！！" ]0 e$ h. m. _# ?" P
. T) i" Z; n* H# D) c( k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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* |6 O1 r' c9 n3 ~. D! d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。2 j* m- Q: X) h, c4 o2 L9 M ]
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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。, x( u$ a' T u: Y# s
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: _: u4 p1 y5 q5 U1，O_board的logo
6 Z) [* K- @$ P1 w7 v4 ^下面就是我用5分钟设计的logo。* K9 G( K( p6 |( J9 j. @
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. s [- z$ j2 t; E+ l. r9 J/ J2，原理图
% J- i( x. B# @2 R; I8 |; HO_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。( G8 `, _% s' T. O
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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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4 }* S' g0 N* h' v5 V. O8 d* K) k3，布局布线
3 \$ ]3 k! ]2 g5 H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。; d# e; U- k; C' J. }
: u; M4 f$ i2 Y下面是用altium designer完成P&R之后的样子。+ v: ^" p2 [+ [" G) B; [) L
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" ~5 ^- Y @" x: ^4，制版( B5 G4 m& [8 D9 C$ x
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。; p4 @3 ]$ j- Y3 {5 j8 H
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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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# ~0 S1 A" C5 z1 i( J5，采购物料. D# a& {8 G% L$ F; R
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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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。" _$ Q1 l) B9 U3 @5 {1 S7 u
: z: N+ b2 A6 i1 r+ X& }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。
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2 g0 M9 r% t; T: \' R6，焊接$ y2 u' ]! P( _# x+ Q
制版也好了，物料也全了。下一步就是焊接了。
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$ c" Q3 b2 b6 h& Z2 H. c: \0 [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。
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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。
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) X5 p, b* q4 G/ i三天之后，板子焊完回来了。: h+ j! P* l8 \
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7，硬件调试" W" o: c. S0 d5 m9 ^1 }
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。- {' z8 H( j1 v F
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总之，上电之后，电源灯根本不亮。# q' B! w% I9 }) v+ p9 J" ^
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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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; V( x+ R5 Q: q, M' I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。" \# {# x! o0 U7 d* z1 M7 r
9 G. d' f! d9 X l% x! b) H. G( [; K* Ugdb可以下载程序，但不能读写SDRAM。。。。。。。。
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( G t1 Y# ~+ K% V8 s调试or_debug_proxy。。。。。。! y0 p$ g, b% L
* }- B( A& A0 r) j- j调试adv_jtag_bridge。。。。。。
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8 \! {; q; i+ s! d; K8 W后来检查发现是晶振的引脚给焊错了。
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。。。。。。
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% s1 f# @7 b3 s, M$ R# z经过四五次修改，供电部分和晶振总算正常了。
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; V; y b5 n3 o* q' l6 k下面是我晚上熬夜调试的情景。
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0 j) h, Z! d$ v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。
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8，RTL的调试! e, }0 n+ ^) J, a1 G
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。* ?/ I3 T* L* m. Y7 u4 z% R
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8 g- d) b, I1 N5 m# |# n6 [3 ]9，软件的调试
9 o+ Z: _' q# s* y2 i. n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。" t3 W1 @+ D" I9 q/ X0 e
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10，验证9 S1 E, K k3 D$ i* X) P
经过千难万险，总算可以跑软件了。
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! }! p9 g v5 Z/ j+ y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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! X8 c5 [: x- y; y+ v8 @O_board 跑orpmon：: t* j9 _* T$ F$ m- Y! v2 e
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O_board跑linux：
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( n$ m3 x7 n+ L d( ]& aO_board起来linux之后，挂在PC机上的NFS，并运行“hello O_board”程序：
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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。3 ?* E5 W! u) }$ E) ^! E( k- P
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. T) |+ r. c3 }9 S. t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。2 r. a# z2 u- _4 a2 R3 E+ u5 D* P/ \
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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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, Y1 U; L1 b1 n9 D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。
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附录：O_board feather
3 C& S6 E- A) K9 _, t m适用对象：
1 R) p6 G6 q% H6 @. k8 @1，嵌入式爱好者, G0 N! R( d- K1 \/ ?' r
用处：学习U-boot，linux开发，驱动开发。
& d. c- f9 E; W+ K ]; a2，FPGA爱好者
5 w* z3 r9 Y- U9 F# C用处：可以熟悉quartusII软件操作，SoC设计，verilog HDL练习。3 P2 Q! Z) b' b* H( p( w# L
3，开源CPU爱好者
j' N' |: r; b( H% a: u. R用处：修改CPU内部模块，如流水线，cache，MMU等。: ?8 O0 x. u/ Q ?5 ~3 ?( Z" D
: S' X$ m9 b$ o! }
如果是学生，可以用来做毕业设计。
" W e) ^# _( d如果是工程师，可以锻炼技术能力。5 o/ a) f' o; a* p+ T$ o8 M
! k3 g9 f- l+ p1 y7 ]板子参数：: \9 ?5 R& X& Q' |3 F# M. C
-ALTERA Cyclone IV E, 22K LUT （EP4CE22F17）! Q m2 C% {6 m8 T/ c2 G; E
-SDRAM 32 Mbyte
2 P. n* V2 \, e# {3 L-SPI FLASH, 1 Mbyte : x9 m" W8 j) B, |# \
-SDIO micro connector
" R8 k. n% P( \6 G-Fast Ethernet 5 [, ^! k, C3 h p8 E$ E( m
-USB "on-the-go" HOST/SLAVE - [5 ]2 z4 [! y+ I! O5 o* ~! Q' O
-USB power, configuration, UARTs
) _: j: I0 m2 {9 t6 k-Expansion connectors p* @# I1 M( R, O
-Supply via USB1 N$ F& i0 @, M. o, k3 j
( m7 \, n4 y6 q* \- [5 Q
; m2 b3 r: o- J# @小结
A3 c2 E$ o& E/ R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。 |
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发表于 2020-11-16 14:50
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