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(多图) 基于SoPC目标板Flash编程设计的创建及应用

黄冰峰 游志宇 杜杨 窦普?? 2009年08月03日 ?? 收藏0

  1 引言

  随着集成电路工艺技术的不断发展和集成度的提高,嵌入式系统由板级向芯片级过渡,形成一种新的设计方法一片上系统(System on Chip,简称SoC)。SoC从整个系统的角度出发,把处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路,直至器件的实际电路紧密连接起来,在单个(少数几个)芯片上实现整个系统的功能。同时随着现场可编程逻辑阵列(FPGA)技术的日益成熟,将PLD与嵌入式处理器IP软核相结合,形成基于可编程片上系统(System on Programmable Chip,简称 SOPC)的SoC解决方案,使得更加灵活的SOPC成为现代嵌入式系统设计的发展趋势。SoPC是Altera公司提出的一种灵活、高效的SoC解决方案。它将处理器、存储器、I/O口、LVDS、CDR等系统设计需要的功能模块集成到一个可编程器件上,构成一种特殊的可编程片上嵌入式系统。一方面,它是可编程片上系统,即由单个芯片完成整个系统的主要功能,并具备软硬件系统可编程的能力;另一方面,它内嵌处理器IP核,具有灵活的设计方式,用户可根据需要随意配置、构建、裁剪处理器IP核。目前最具有代表性的IP软核嵌入式处理器是Altera的NiosII软核。NiosII嵌入式CPU是一种专门为SoPC设计应用而优化的CPU软核。

  在基于NiosII的SoPC嵌入式系统中,几乎所有的应用设计都需要使用Flash来保存在NiosII中运行的程序代码、非易失性数据和FPGA的配置数据。因此Flash编程便成为在调试完SoPC系统后的重要工作。要对Flash编程,首先要保证在SoPC Builder中Target选项区域的Board下拉列表框中选择用户使用的目标板F1ash编程设计。基于实际设计需求,详细介绍SoPC目标板Flash编程设计的创建,并以一个最小SoPC系统为例,说明目标板Flash编程设计的应用及Flash编程。

  2 Flash Programmer简介

  NiosII IDE提供了Flash Programmer工具来对目标板上遵循通用Flash接口(Common Flash Interface,简称CFI),规范的Flash及EPCS配置器件进行编程。IDE的FlashProgrammer通过使用Altera的下载电缆能够方便地对目标板上连接在FPGA上的Flash及串行配置器件EPCS进行编程。

  2.1 Flash Programmer编程工作过程

  NiosII的IDE Flash Programmer采用两步骤将数据写入Flash中。第一步,用一个Altera提供的特殊Flash编程设计(Flash Programmer Design)对FPGA进行配置;第二步,IDEFlash Programmer将要编程到Flash中的文件内容传送到在FPGA上运行的Flash编程设计,然后Flash编程设计将接收到的数据编写到Flash中。其编程工作过程如图1所示。

Flash Programmer编程工作过程

  2.2 Flash编程设计

  Flash编程设计实际就是一个由SoPC Builder系统生成的最小FPGA设计。Flash编程设计是IDE Flash Programmer的关键组成部分。不同的目标板往往使用不同的Flash器件,并且Flash与FPGA的引脚连接以及FPGA的型号也不相同。因此,每个Flash编程设计都是与具体的目标板相联系的,不能用于其他的目标板。如果使用自己的目标板,那么设计者必须创建该目标板的Flash编程设计。Altem公司的Nios开发板都提供了相应的Flash编程设计,可以在NiosII开发套件安装目录的、ipnios2_ip文件夹中找到。

  2.3 Flash编程设计信息

  目标板Flash编程设计描述了系统与目标板之间的关系。目标板Flash编程设计对Flash编程必不可少,它提供了Flash Programmer对Flash编程所需的全部信息。一个目标板Flash编程设计是一组SOPC Builder文件,其中必须指明FPGA与Flash的连接关系。一个目标板Flash编程设计包含下列信息:①每一个连接到电路板FPGA上的F1ash的参考元件标号,如U7,U7Flash,U3EPCS等;②Flash器件在F1ash编程设计中的基地址;③用于配置目标板上FPGA的Flash编程设计的SOF文件。

  参考元件标号用于区分设计中不同的Flash器件。目标板上的Flash器件在设计时的命名和基地址可能不同,但参考元件标号总是相同的。

  3 目标板Flash编程设计的创建

  用户自制目标板,而在Target选项区中的Board下拉列表框中没有相应的目标板Flash编程设计,用户就必须自己创建目标板Flash编程设计。

  3.1目标板Flash编程设计文件创建

  下面以QuaausII 7.0为例,详细说明目标板Flash编程设计的创建。目标板Flash编程设计在SoPC Builder中实现。在QuaausII中新建一个工程,在[Tools]菜单中选择[SoPC Builder],打开Ahera SOPC Builder图形编辑界面环境。在SoPC Builder图形编辑界面中,在[File]菜单中选择[New Board Description],打开Board Description Editor对话框,在此对话框中选择NetList页面,在Device Familv栏中正确选择目标板的FPGA系列,这里以Cyclone II为例,如图2所示。

目标板FPGA系列选择

  选择Flash Memory页面,单击New Flash Memory按钮添加目标板的Flash器件,并输入正确的连接到目标板FPGA的参考元件标号和Flash器件类型。参考元件标号可命名为用户的任意字符串,如U7,EPCS,Flash等,但不能命名成U7(CFIFlash),U3(EPCS)等形式。再单击此页面的New HardwareImage按钮,指定FPGA硬件配置程序的存储位置,一般选择EPCS器件。如果设置为Flash器件,需要有相应的外部控制器、单片机或CPLD配合使用。设置如图3所示。

目标板Flash Memory设置


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SoPC? Flash? 编程? FPGA?

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