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

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引言
6 W: J1 x' u$ e. b) ~8 Y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。

' Q5 @/ n, L! V8 Y0 l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。
) C9 f/ W3 r& z8 k& V
8 E6 Y; m! D1 b: D9 f: E本小节就来对ML501 SPI Flash进行烧写，实现程序的自动运行。
; P0 H/ D+ r5 {+ j0 k
/ d* A, v$ Q$ i, A- n! [1 q( a( M* c
& M6 ~. H- @# W  W+ J
; E' Z  ]& @" D% A0 X; q4 `1，基本思想
4 e+ g5 w) L2 V7 q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。

% G, j; P" u5 v. W, `

2，操作步骤
  r( p: H8 I) p5 q6 d$ N本实验的基础采用的ORPSoC和orpmon以及linux。

9 L8 i8 H1 k( F9 M+ A, @此外还要注意以下几点：
! E2 J& m" b- ]# L- C
检查一下ORPSoC的启动地址是否为从bootrom启动。
) j& l$ ~6 J/ a# `) N& p
7 c" S* y  s3 ^or1200_defines.v：



// Boot from 0xe0000100
" C! \1 N8 x" C9 \8 H+ c6 G5 f* q- x`define OR1200_BOOT_PCREG_DEFAULT 30'h3800003f
, }) c% I& i; u/ J`define OR1200_BOOT_ADR 32'he0000100

0 v( z( ]* {$ {: h8 H3 Z正确生成针对ML501的bootrom.v。
7 U8 q& z4 j- D9 h确认没有问题之后，我们需要对ORPSoC进行以下修改：
3 R; f6 B2 k7 }. X6 A
2 |9 L2 D! O$ D: L' D" p  X/ v1>FPGA配置文件的生成
$ C! n. I* J; a+ P* Ea，使能SPI模块

2 h. E3 v3 _# T# x; d1 L: C  o# H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。

9 j' Y# j$ z9 I$ morpsoc-defines.v：
3 W4 O1 ~% C# c7 S8 |


0 c+ \1 V" Y3 g6 J
, f, ]3 h( _; e% z0 R# \7 F
/ O7 t; r/ c4 p* V9 L& m( A. }b，修改ucf

! T7 @6 N9 R6 W7 p) p3 s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：

' ~# P, \7 ^7 M6 SSPI的引脚分配：
; U  B( o5 v" v* ]% k: K( ?


CFI 的引脚分配：

9 e2 Z' N2 O! _
, v+ @. A2 C% ?0 v- l: w' w6 f% ^# ~
' |; s: b( I( Q( i7 M! S% c7 ]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：
/ k, \* `9 H; K5 U0 z' q% Z
& k* r( h: H! c5 E$ F
3 t9 b- Y: u3 {- Y& b

; _5 t4 \8 \3 B4 S6 m; h7 z; @
c，修改ise生成bit文件时的配置参数
% b7 E) e7 ?" Q
4 V! Q" z# \* q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
7 T! x/ E3 y3 |; K7 S5 Y5 V
2 ]* \7 e, M6 g- c用ise综合生成orpsoc_top.bit。
4 E- L9 x# e0 e; b


2>orpmon软件文件的生成
a，修改开发板类型

" b" b! A9 F+ E. worpmon/include/board.h：



# W5 [. M& R3 i$ H- G5 R. R, B1 d( J% U

* q7 K$ I- H4 a0 W/ U3 v. nb，修改时钟频率

. t# k+ T+ C+ M0 d" r& rorpmon/include/board.h：
! f! U) s) E- t. w/ D, H
7 t3 ]4 A1 X0 Z- ~  w8 }# H

4 Z; q% O/ d- v: S2 d: G4 g& `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：
. f0 V3 U& b1 P2 R2 [



* c* E  z, ]2 }' c9 k
8 D2 R- m6 y$ B& h& A! x2 s' Yd，生成附带sizeword信息的orpmon.or32.szbin文件

9 U! }9 g: Y' ^# x3 w9 ]* {) m# L向bin文件中增加sizeword信息，用bin2binsizeword小工具生成：
2 z4 }  r: G) \% L$ U1 O. h5 e

4 J( m- \5 X3 B1 z* ~# w
* d7 }, r9 v8 @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。

% _; g& F2 p0 W' [( ^

# n9 {8 G" k8 x! k8 u; fb，使用Tcl命令生成mcs文件
3 E# b# E: z- o) y9 d0 J# S
8 O1 r- @/ R: {6 o3 t8 U& l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：
6 z( H8 {2 k9 v/ ]# c# e
打开ise，view-> Panels->Tcl Console，打开Tcl终端，执行如下命令：



5 q+ \: M0 x7 M: n; X! e# D% Qpromgen -spi -p mcs -w -o orpsoc.mcs -s 2048 -u 0 -data_file up 1c0000 orpmon.or32.szbin

( n) [8 a# N/ B( Q' o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。
9 N" S- Z( H/ vmcs文件的生成，请参考：soc-design/orpsocv2/boards/xilinx/ml501/backend/par/bin/Makefile。
8 ?2 q3 T  i7 k5 j0 V
4 ?  E* e% A" r  _5 E1 @8 U- s7 z$ C
% E0 R0 [/ R  ~
4>用iMPACT将mcs文件烧到ML501上的SPI Flash中
  Z* U! y8 k' M在准备好mcs文件之后，使用iMPACT，将mcs文件烧到SPI Flash里面。
8 P2 N0 |  o0 k; G0 w( q
' H: U$ \/ e. Q  r, z/ Z
- F7 W2 n+ o: [3 F3 t$ a
  X# l; T/ g9 s5>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。
% i: ^6 @, S4 o' h
8 o3 `+ }- V$ L( Y% s7 Y. ]# t6> 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 。
- U7 |+ W& {* t
( }4 x' }; A) t* q" e$ r
! s' K( k* C) n% ]  ]
4 ^6 F& W% T0 y3 B/ y# s& G$ T
3 i3 }$ i: Z: t% w
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。

0 R( r+ S3 i; {2 }然后执行‘tboot’即可完成linux的下载和执行。
, m% I+ W+ j* }. I7 \
* j0 H( o9 S  x2 y3 m( h/ Y- A$ c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：
. f! ]2 T5 i6 Z7 r* Z

% C; Q  E& s+ ^7 Y& J4 W


下载完之后，执行tboot命令，即可启动linux：
5 I+ C3 Q+ ?3 R2 `2 |

8 l  _5 X, C# c) Y
在linux启动的最后，就可以进入shell模式：

: o1 z, Y3 V0 H" P$ \; [4 t+ Z( {4 }

+ @, o3 j5 H* ~0 @) P# Q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。


' `/ X0 z; u0 j8 D0 Y0 b( x7 @* Q) s
8>启动u-boot
- A; U; L, R) k. i7 k- c; G; a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：

- S- d8 J( F; ]" m  c) S8 l) ?make ml501_config
1 `; F$ @9 X9 p' Vmake

( H8 s. P1 G& s! G- K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。
3 `. J5 J) C7 j3 R* L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。

6 b. v) M7 D- X2 L. H5 `& H* L如果启动u-boot之后再启动linux的话，可以采用nfs的方式。

7 m, S6 w! r4 A8 i4 u

9>从CFI Flash启动软件
如果想从CFI Flash启动，步骤如下：
3 Z0 H4 i. x$ O- Z6 _1 e
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）。

0 g* ]( I# }7 \- W# s3 B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。



9 H6 ?- l- p$ N) c4 D

3，小结
5 U+ V# {& Z3 _+ E! A5 w  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