🈺 #⃣ 👩‍⚕️ Redd में स्थापित FPGAs के लिए सबसे सरल "फर्मवेयर" का विकास। भाग 2. कार्यक्रम कोड 😝 👈🏿 👌

इसलिए, पिछले लेख में हमने सरलतम प्रोसेसर प्रणाली विकसित की, जिसकी मदद से हम रेड कॉम्प्लेक्स के FPGA से जुड़े RAM चिप का परीक्षण करने की योजना बनाते हैं। आज, हम इस हार्डवेयर वातावरण के लिए एक C ++ प्रोग्राम बनाएंगे, और हम यह भी पता लगाएंगे कि इस प्रोग्राम को कैसे इंजेक्ट किया जाए, और सबसे महत्वपूर्ण बात, इसे डीबग करें।

कार्यक्रम ग्रहण वातावरण में विकसित किया गया है। इसे शुरू करने के लिए, मेनू आइटम टूल्स का चयन करें-> Nios II सॉफ्टवेयर बिल्ड टूल्स फॉर एक्लिप्स ।

हमें इसके लिए एक प्रोजेक्ट और बीएसपी बनाने की जरूरत है। ऐसा करने के लिए, प्रोजेक्ट एक्सप्लोरर क्षेत्र में राइट माउस बटन पर क्लिक करें और मेनू आइटम नई-> एनआईओएस II एप्लीकेशन और बीएसपी टेम्पलेट से चुनें ।

बुनियादी टेम्पलेट जिसके आधार पर परियोजना बनाई जाएगी, प्रोसेसर प्रणाली के निर्माण के दौरान बनाई गई थी। इसलिए, हम उस फ़ाइल को ढूंढते हैं जिसमें वह है।

हम परियोजना को एक नाम भी देंगे (मेरे पास यह SDRAMtest है ) और परियोजना का प्रकार चुनें। मैंने हैलो वर्ल्ड स्माल को चुना। मैं मेमोरी टेस्ट चुनना चाहता हूं, हम मेमोरी टेस्ट कर रहे हैं, लेकिन अब हम एप्लिकेशन बनाने के सामान्य तरीके पर विचार कर रहे हैं। इसलिए, हम सामान्य विकल्प चुनते हैं।

हमने दो प्रोजेक्ट बनाए हैं। पहला हमारा प्रोजेक्ट है, दूसरा है बीएसपी (बोर्ड सपोर्ट पैकेज, मोटे तौर पर बोलना, उपकरण के साथ काम करने के लिए लाइब्रेरी)।

पहली चीज जो मैं आमतौर पर करता हूं वह है बीएसपी सेटिंग्स को संपादित करना। ऐसा करने के लिए, मैं बनाई गई दूसरी परियोजनाओं का चयन करता हूं, दायां माउस बटन दबाता हूं और मेनू आइटम Nios II -> बीएसपी संपादक का चयन करता हूं।

संपादक में, सब कुछ समूहों में विभाजित है:

लेकिन उनके साथ नहीं चलने के लिए, मैं पेड़ की जड़, सेटिंग्स तत्व का चयन करूंगा, और सब कुछ रैखिक रूप से विचार करूंगा। मैं सूचीबद्ध करूँगा कि आपको किस पर ध्यान देना चाहिए। प्रारंभिक सेटिंग्स स्क्रीन:

बाहर निकलने के लिए समर्थन और बाहर निकलने पर स्ट्रिपिंग के लिए समर्थन अक्षम है, जो कोड से विशाल आकार के अनावश्यक टुकड़ों को बाहर निकालता है, लेकिन वे शुरू में अक्षम हो जाते हैं। ये जैकडॉव बंद हो गए, क्योंकि मैंने न्यूनतम विकल्प हैलो, वर्ल्ड चुना । जब अन्य प्रकार के कोड चुनते हैं, तो इन पंजे को भी निकालना बेहतर होता है। मैं विरोध नहीं कर सकता और C ++ समर्थन चालू कर सकता हूं। SysID चेक को निकालना भी आवश्यक है, अन्यथा कुछ भी काम नहीं करेगा। तथ्य यह है कि हार्डवेयर सिस्टम बनाते समय, मैंने संबंधित ब्लॉक को नहीं जोड़ा। शेष सेटिंग्स स्व-व्याख्यात्मक हैं और इन्हें बदला नहीं गया है। दरअसल, मैंने अभी तक अन्य सेटिंग्स नहीं बदली हैं। थोड़ी देर बाद हम यहां वापस आएंगे, लेकिन अब हम जेनरेट बटन दबाते हैं। हम बनाई गई सेटिंग के आधार पर बीएसपी का एक नया संस्करण बना रहे हैं। आखिर में Exit पर क्लिक करें।

अब मज़ा शुरू होता है। कैसे एक परियोजना को इकट्ठा करने के लिए। सामान्य Ctrl + B दबाएं - हमें एक त्रुटि मिलती है। डिकोडिंग त्रुटि संख्या:

कंसोल में कुछ भी उचित नहीं है:

SDRAMtest प्रोजेक्ट के लिए बिल्ड प्रोजेक्ट का चयन करें, हमें एक उचित स्पष्टीकरण मिलता है:

वास्तव में, गैर-कार्यशील टेम्पलेट क्वार्टस की कॉर्पोरेट पहचान हैं। यह एक और कारण है कि मैंने मेमोरी टेस्ट को क्यों नहीं चुना। अधिक से अधिक चल रहा है। यहाँ यह स्पष्ट है कि क्या मामला है

Alt_putstr.c फ़ाइल का यह कार्य विफल रहता है :

/* * Uses the ALT_DRIVER_WRITE() macro to call directly to driver if available. * Otherwise, uses newlib provided fputs() routine. */ int alt_putstr(const char* str) { #ifdef ALT_SEMIHOSTING return write(STDOUT_FILENO,str,strlen(str)); #else #ifdef ALT_USE_DIRECT_DRIVERS ALT_DRIVER_WRITE_EXTERNS(ALT_STDOUT_DEV); return ALT_DRIVER_WRITE(ALT_STDOUT_DEV, str, strlen(str), 0); #else return fputs(str, stdout); #endif #endif }

हम इसे बाद में किसी तरह ठीक कर देंगे (इसके लिए हमें हार्डवेयर सिस्टम को जटिल बनाने की आवश्यकता है)। आज हमें सिर्फ इसकी जरूरत नहीं है। उसके शरीर को वापसी 0 से बदलें। परियोजना को इकट्ठा करना शुरू होता है।

ठीक। हमारे पास पहले से ही एक तैयार योगिनी फ़ाइल है (भले ही यह कोई उपयोगी कार्य नहीं करता है) और हमारे पास ऐसे उपकरण हैं जिनमें आप हेक्स फ़ाइल अपलोड कर सकते हैं (याद रखें कि हमने क्वार्टस कंपाइलर को कैसे बताया था कि ऑनचिप रैम सेट करके रैम डेटा इसे से लोड किया जाना चाहिए?)। हम योगिनी को हेक्स में कैसे परिवर्तित करते हैं? बहुत सरल है। हम काम कर रहे प्रोजेक्ट पर उठते हैं , दायाँ माउस बटन दबाते हैं, मेनू आइटम चुनें लक्ष्य बनाएँ-> बनाएँ :

दिखाई देने वाली विंडो में, पहले विकल्प को चुनने का प्रयास करें ( mem_init_install ):

कुछ नहीं होगा। लेकिन हमें दिए गए त्रुटि संदेश से, हम सीखते हैं कि क्वार्टस के लिए परियोजना को अंतिम रूप कैसे दिया जाए:

 ../SDRAMtest_bsp//mem_init.mk:230: *** Deprecated Makefile Target: 'mem_init_install'. Use target 'mem_init_generate' and then add mem_init/meminit.qip to your Quartus II Project. Stop.

हम mem_init_generate के उद्देश्य के लिए बिल्ड का चयन करेंगे , जिसके बाद (बस !!! के बाद) हम निर्दिष्ट qip फ़ाइल को हार्डवेयर प्रोजेक्ट में जोड़ देंगे (हमने पहले ही सीखा कि जब हमने प्रोजेक्ट में एक प्रोसेसर सिस्टम जोड़ा तो फाइलें कैसे जोड़ते हैं)।

खैर, हेक्स फाइल को भी अपने हाथों से महसूस किया जा सकता है। यहाँ यह है:

ठीक। हमारे पास वास्तविक कार्यक्षमता के साथ कार्यक्रम को भरना शुरू करने के लिए सब कुछ है। हम फ़ाइल hello_world_small.c पर जाते हैं । ईमानदारी से, मैं शुद्ध सी के साथ काम करके थोड़ा आहत हूं। इसलिए, मैं इसे cpp का नाम दूंगा। और ताकि कुछ भी गलत न हो, मैं मौजूदा पाठ में एक जादू जोड़ दूंगा:

एक ही पाठ:

 extern "C" { #include "sys/alt_stdio.h" } int main() { alt_putstr("Hello from Nios II!\n"); /* Event loop never exits. */ while (1); return 0; }

फ़ाइल प्रकार को बदलने के बाद क्लीन प्रोजेक्ट ऑपरेशन करना महत्वपूर्ण है, अन्यथा कंपाइलर त्रुटि संदेश प्रदर्शित करेगा कि कुछ कैश की गई जानकारी के आधार पर * .c फ़ाइल नहीं मिली।

हम मेमोरी टेस्ट को सरल बनाएंगे। मुझे रैम चिप का सही परीक्षण करने के लिए पाठक को पढ़ाने का काम नहीं है। हम केवल सतही रूप से सुनिश्चित करते हैं कि पता और डेटा बसें चिपचिपी नहीं हैं और उनका कोई ब्रेक नहीं है। यही है, हम प्रत्येक सेल में सभी शून्य और सेल का पता लिखते हैं। हमारा काम वर्किंग कोड बनाना है, और बाकी सब (अन्य भरने और देरी करने वाले स्थिरांक को सत्यापित करने के लिए कि डेटा को फिर से बनाया जा रहा है) कार्यान्वयन विवरण हैं जो पाठ को जटिल करते हैं लेकिन इसके सार को नहीं बदलते हैं।

आइए एक सरल और प्राकृतिक प्रश्न से शुरू करें: "पता स्थान में एसडीआरएएम कहाँ स्थित है?" मुझे याद है कि हमने स्वचालित पता असाइनमेंट फ़ंक्शन कहा था, लेकिन यह भी नहीं देखा कि कौन से पते वास्तव में असाइन किए गए थे। वास्तव में, अब भी हम वहाँ नहीं देखेंगे। सभी आवश्यक जानकारी फ़ाइल में है:
... \ SDRAMtest_bsp \ system.h ।

परिणामस्वरूप, हमें निम्नलिखित कोड मिलते हैं:

 extern "C" { #include "sys/alt_stdio.h" #include <stdint.h> #include "../SDRAMtest_bsp/system.h" #include <altera_avalon_pio_regs.h> } int main() { bool bRes = true; volatile static uint32_t* const pSDRAM = (uint32_t*)NEW_SDRAM_CONTROLLER_0_BASE; static const int sizeInDwords = NEW_SDRAM_CONTROLLER_0_SPAN / sizeof (uint32_t); //  for (int i=0;i<sizeInDwords;i++) { pSDRAM [i] = 0; } //   for (int i=0;i<sizeInDwords;i++) { if (pSDRAM [i] != 0) { bRes = false; } } //   for (int i=0;i<sizeInDwords;i++) { pSDRAM [i] = i; } //    for (int i=0;i<sizeInDwords;i++) { if (pSDRAM [i] != i) { bRes = false; } } if (bRes) { IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA (PIO_0_BASE,0x01); } else { IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA (PIO_0_BASE,0x02); } /* Event loop never exits. */ while (1); return 0; }

हम हेक्स फ़ाइल एकत्र करते हैं (मैं आपको इस संवाद के माध्यम से याद दिलाता हूं):

उसके बाद हम क्वार्टस में उपकरण संकलित करते हैं और प्रोग्रामर को प्रवेश करते हैं जिसके परिणामस्वरूप "फर्मवेयर" को चिप में परिणामी प्रारंभिक प्रोग्राम कोड के साथ लोड किया जाता है।

"फर्मवेयर" में डालो और एक संदेश प्राप्त करें कि सिस्टम केवल उसी समय तक जीवित रहेगा जब यह JTAG (मुक्त विकास के माहौल में SDRAM कर्नेल लाइसेंस की विशेषताएं) से जुड़ा हो। दरअसल, रेड के मामले के लिए, यह महत्वपूर्ण नहीं है। यह JTAG हर समय वहाँ है।

कनेक्टर पर रैम परीक्षण के परिणाम, C21 (सफल) या B21 (त्रुटि) के संपर्कों को देखा जा सकता है। हम उन्हें एक आस्टसीलस्कप से जोड़ते हैं।

दोनों आउटपुट शून्य पर हैं। यहाँ कुछ गड़बड़ है। यह समझना बाकी है कि वास्तव में क्या है। वास्तव में, एक निष्क्रिय कार्यक्रम सिर्फ महान है, क्योंकि अब हम JTAG डिबगिंग सीखना शुरू करेंगे। हम इस परियोजना का उद्देश्य, डिबग अस-> एनआईओएस II हार्डवेयर का चयन करें ।

पहली बार सिस्टम को हार्डवेयर नहीं मिला। यह इस तरह दिखता है (हाइलाइट किए गए टैब हेडर में लाल क्रॉस को नोट करें):

लक्ष्य कनेक्शन टैब पर स्विच करें और सिस्टम आईडी चेक बॉक्स की उपेक्षा करें का चयन करें। बाद के प्रयोगों के दौरान, मुझे कभी-कभी इग्नोर बेमेल सिस्टम टाइमस्टैम्प भी सेट करना पड़ा। बस मामले में, मैं इसे एक लाल रंग के साथ नहीं, बल्कि एक पीले फ्रेम के साथ इस बात पर जोर दूंगा कि यह अब स्थापित करने के लिए आवश्यक नहीं है, लेकिन यदि डिबग बटन सक्रिय नहीं है, तो इसे स्थापित करने का समय हो सकता है।

लागू करें ( लागू करें ), फिर ताज़ा करें कनेक्शन पर क्लिक करें (यह बटन छिपा हुआ है, आपको इसे स्क्रॉल करने की आवश्यकता है):

सूची में एक डिबगर दिखाई देता है, आप डीबग पर क्लिक कर सकते हैं ...

हम मुख्य () समारोह में रुक गए। यदि वांछित है, तो आप एल्गोरिथ्म के अंत में एक ब्रेकपॉइंट डाल सकते हैं और जांच सकते हैं कि क्या कार्यक्रम उस तक पहुंचता है:

प्रोग्राम चलाएँ:

ब्रेकपॉइंट काम नहीं किया। आइए कार्यक्रम को रोकें और देखें कि यह कहां चलता है।

सब बुरा है। कार्यक्रम स्पष्ट रूप से दुर्घटनाग्रस्त हो गया। क्रमिक रूप से ब्रेकपॉइंट की व्यवस्था करना, फिर बंद करना (लाल "स्टॉप" बटन के साथ) और प्रोग्राम को पुनरारंभ करना (बग बटन का उपयोग करके), हम समस्या क्षेत्र पाते हैं।

जब इस लाइन को पहले तत्व के लिए निष्पादित किया जाता है तो सब कुछ मर जाता है:

एक ही पाठ:

  for (int i=0;i<sizeInDwords;i++) { if (pSDRAM [i] != 0) { bRes = false; } }

C ++ की दृष्टि से, यहाँ सब कुछ साफ है। लेकिन यदि आप डिसैम्बल्ड कोड खोलते हैं, तो आप देख सकते हैं कि वहां बहुत अधिक समान कमांड हैं। ऐसा लगता है कि कोड ने खुद को मिटा दिया है। और वह ऐसा कर सकता था यदि लिंकर एसडीआरएएम (इस सामग्री को ओवरराइट करता है) में डाल देता है।

हम डीबग करना बंद कर देते हैं, डिबगिंग परिप्रेक्ष्य को बंद कर देते हैं।

हम बीएसपी संपादक के पास जाते हैं, जिसमें हम इस लेख की शुरुआत में थे, लेकिन लिंकर स्क्रिप्ट टैब पर। यदि मैंने शुरुआत में ही इस टैब को सही कर दिया, तो मैं JTAG डिबगिंग में प्रवेश करने की तकनीक नहीं दिखा पाऊंगा (और साधारण डीबगिंग आउटपुट की तुलना में इसकी सारी शक्ति पर जोर दूंगा, क्योंकि JTAG डीबगिंग के दौरान जाम कोड के तथ्य ने आपकी आंख को पकड़ा)। तो यह है। एक अच्छा लिंकर सब कुछ स्मृति में डालता है, जिसका आकार बड़ा होता है।

हम सब कुछ onchip_memory पर पुनर्निर्देशित करते हैं ... अब हमारे पास SDRAM है - यह सिर्फ स्मृति का एक टुकड़ा है, जिसके प्रदर्शन की हम अभी तक गारंटी नहीं दे सके हैं। आप इसे किसी भी स्वचालित संकलक कार्यों के लिए नहीं दे सकते।

हम bsp का पुनर्निर्माण करते हैं, परियोजना का पुनर्निर्माण करते हैं। क्या मुझे मेमोरी इमेज को फिर से बनाने और FPGA को ओवरलोड करने की आवश्यकता है? फिर, अर्ध-स्वायत्त काम के लिए, यह आवश्यक होगा, लेकिन जब डिबगिंग जारी है - नहीं। नया डिबगिंग सत्र शुरू होने पर कार्यक्रम का एक नया संस्करण तुरंत रैम में लोड हो जाएगा। लेकिन इतना है कि FPGA के अगले लोडिंग पर डिबगर शुरू करना आवश्यक नहीं होगा, डीबगिंग के अंत में एक नई HEX फ़ाइल बनाएं और इसके साथ FPGA "फर्मवेयर" को इकट्ठा करना वांछनीय है।

नए कोड के लिए, एक ब्रेकपॉइंट हो गया है, परीक्षा परिणाम सच है :

आस्टसीलस्कप का उपयोग किया गया है: पीली किरण इकाई में बह गई है।

टेस्ट पास कर लिया। चलो थोड़ा मुश्किल है और एक साथ सिस्टम के प्रदर्शन की जांच करते हैं। आइए इस तरह से फाइनल करें:

  //    GPIO if (bRes) { while (true) { IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA (PIO_0_BASE,0x01); IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA (PIO_0_BASE,0x00); } } else { while (true) { IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA (PIO_0_BASE,0x02); IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA (PIO_0_BASE,0x00); } }

नतीजतन, हमारे पास आस्टसीलस्कप पर ऐसा मेयर है (सब कुछ एक लंबे लूप के माध्यम से जुड़ा हुआ था, इसलिए एक कैपेसिटिव पिकअप दूसरी पंक्ति पर दिखाई दिया, इस पर ध्यान न दें):

परिणाम लगभग 8.3 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति है, जो किसी भी फाइन-ट्यूनिंग के बिना प्रोसेसर कोर के 50 मेगाहर्ट्ज की घड़ी आवृत्ति पर है और प्रोग्राम कोड को अनुकूलित कर रहा है। यही है, बंदरगाहों तक पहुंच 16 मेगाहर्ट्ज की तुलना में थोड़ी अधिक आवृत्ति पर जाती है, जो सिस्टम आवृत्ति के एक तिहाई से मेल खाती है। ऐसा नहीं है कि यह पूरी तरह से अलग था, लेकिन साइक्लोन वी SoC के लिए 925 मेगाहर्ट्ज की घड़ी की आवृत्ति पर 4 मेगाहर्ट्ज से बेहतर ... नहीं, एनआईओएस II प्रोसेसर खुद पांचवें कोर साइक्लोन एआरएम की तुलना में कई गुना धीमा है, लेकिन प्रोसेसर, जैसा कि मैंने कहा था। , हमारे पास सिस्टम में x64 है, यहां हमें कर्नेल की अधिक आवश्यकता है, जो लोहे का तर्क प्रदान करता है। और यह तर्क बंदरगाहों के साथ काम के माध्यम से प्रदान किया गया है। यदि बंदरगाहों के साथ काम करना धीमा है, तो बाकी सब कुछ नियमित रूप से निष्क्रिय हो जाएगा, काम खत्म करने के लिए बस का इंतजार करना होगा। बताई गई विशेषताएं पोर्ट के लिए प्रोसेसर की पहुंच सीमा हैं, लेकिन हार्डवेयर के रूप में नहीं। हालांकि, एक पूरे के रूप में कार्य को कैसे लागू किया जाए, हम अगले लेख में विचार करेंगे।

निष्कर्ष

आलेख दिखाता है कि रेड कॉम्प्लेक्स के लिए विकसित सरल प्रोसेसर वातावरण के लिए C ++ में एक प्रोजेक्ट कैसे बनाया और कॉन्फ़िगर किया जाए। उपकरण तक पहुंचने के तरीके, साथ ही जेटीजी डीबगिंग तकनीक को दिखाया गया है। यहां लेख लिखते समय प्राप्त हार्डवेयर / सॉफ्टवेयर किट डाउनलोड करें ।

Redd में स्थापित FPGAs के लिए सबसे सरल "फर्मवेयर" का विकास। भाग 2. कार्यक्रम कोड

निष्कर्ष

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