Microchip UG0881 PolarFire SoC FPGA жүктеу және конфигурациялау

Кепілдік

Microsemi осы құжатта қамтылған ақпаратқа немесе оның өнімдері мен қызметтерінің белгілі бір мақсатқа жарамдылығына қатысты ешқандай кепілдік, мәлімдеме немесе кепілдік бермейді, сондай-ақ Microsemi кез келген өнімді немесе тізбекті қолданудан немесе пайдаланудан туындайтын жауапкершілікті өз мойнына алмайды. Осы шарт бойынша сатылатын өнімдер және Microsemi сататын кез келген басқа өнімдер шектеулі сынақтан өтті және олар маңызды жабдықпен немесе қолданбалармен бірге пайдаланылмауы керек. Кез келген өнімділік спецификациялары сенімді деп есептеледі, бірақ тексерілмеген және Сатып алушы өнімдердің барлық өнімділігін және басқа сынақтарын жалғыз және кез келген түпкілікті өнімдермен бірге немесе оларда орнатылған немесе олармен бірге өткізіп, аяқтауы керек. Сатып алушы Microsemi ұсынған кез келген деректер мен өнімділік сипаттамаларына немесе параметрлеріне сүйенбейді. Кез келген өнімнің жарамдылығын өз бетінше анықтау және оны сынау және тексеру Сатып алушының міндеті. Осы жерде Microsemi ұсынатын ақпарат барлық ақаулармен бірге «сол қалпында, қайда болса да» беріледі және мұндай ақпаратпен байланысты барлық тәуекел толығымен Сатып алушыға жүктеледі. Microsemi ешбір тарапқа осындай ақпараттың өзіне немесе осындай ақпаратта сипатталған кез келген нәрсеге қатысты қандай да бір патенттік құқықтарды, лицензияларды немесе кез келген басқа интеллектуалдық құқықтарды бермейді. Осы құжатта берілген ақпарат Microsemi компаниясының меншігі болып табылады және Microsemi осы құжаттағы ақпаратқа немесе кез келген өнімдер мен қызметтерге кез келген уақытта ескертусіз өзгертулер енгізу құқығын өзіне қалдырады.

Microsemi туралы

Microsemi, Microchip Technology Inc. (Nasdaq: MCHP) XNUMX% еншілес кәсіпорны, аэроғарыш және қорғаныс, байланыс, деректер орталығы және өнеркәсіптік нарықтарға арналған жартылай өткізгіштер мен жүйелік шешімдердің жан-жақты портфолиосын ұсынады. Өнімдерге өнімділігі жоғары және радиациямен шыңдалған аналогты аралас сигналды интегралды схемалар, FPGA, SoC және ASIC кіреді; қуатты басқару өнімдері; уақыт бойынша әлемдік стандартты белгілейтін хронометраж және синхрондау құрылғылары және нақты уақыт шешімдері; дауысты өңдеу құрылғылары; RF шешімдері; дискретті компоненттер; кәсіпорынның сақтау және байланыс шешімдері, қауіпсіздік технологиялары және масштабталатын анти-tampөнімдер; Ethernet шешімдері; Power-over-Ethernet IC және ортаңғы диапазондар; сондай-ақ тапсырыс беруші дизайн мүмкіндіктері мен қызметтері. Толығырақ мына жерден біліңіз www.microsemi.com.

Жүктеу және конфигурациялау

PolarFire SoC FPGA құрылғылары қуатты қосу және қалпына келтіру кезінде сенімді қуатты қамтамасыз ету үшін кеңейтілген қуат қосу схемасын пайдаланады. Қуатты қосу және қалпына келтіру кезінде PolarFire SoC FPGA жүктеу реті Қуатты қосу кезінде ысыру (POR), құрылғыны жүктеу, дизайнды инициализациялау, микроконтроллер ішкі жүйесі (MSS) алдын ала жүктелуінен және АЖ пайдаланушысының жүктелуінен кейін жүреді. Бұл құжат АЖ алдын ала жүктелуін және АЖ пайдаланушысының жүктелуін сипаттайды. POR, құрылғыны жүктеу және дизайнды баптандыру туралы ақпаратты UG0890: PolarFire SoC FPGA қуаттандыру және қалпына келтіру пайдаланушы нұсқаулығын қараңыз.
АЖ мүмкіндіктері туралы қосымша ақпаратты UG0880: PolarFire SoC АЖ пайдаланушы нұсқаулығын қараңыз.

Жүктеу реті
Жүктеу тізбегі PolarFire SoC FPGA қосылғанда немесе қалпына келтірілгенде басталады. Ол процессор қолданбалы бағдарламаны орындауға дайын болғанда аяқталады. Бұл жүктеу тізбегі бірнеше секундқа созыладыtages бағдарламаларды орындауды бастамас бұрын.
Аппараттық құралды қосу кезінде қалпына келтіруді, перифериялық инициализацияны, жадты инициализациялауды және пайдаланушы анықтаған қолданбаны орындау үшін тұрақты жадтан тұрақты жадқа жүктеуді қамтитын «Жүктеу» процесі кезінде операциялар жинағы орындалады.

Келесі суретте жүктеу ретінің әртүрлі фазалары көрсетілген.

1-сурет  Жүктеу реті

АЖ алдын ала жүктеу

Дизайнды инициализациялау сәтті аяқталғаннан кейін MSS Pre-boot оның орындалуын бастайды. АЖ барлық қалыпты іске қосу процедуралары аяқталғаннан кейін қалпына келтіруден босатылады. Жүйе контроллері құрылғыларды бағдарламалауды, баптандыруды және конфигурациялауды басқарады. Бағдарламаланған құрылғы жүйе контроллерінің тоқтата тұру режиміне конфигурацияланса, MSS алдын ала жүктелмейді.
Баптандырудың АЖ-ны жүктеу алдындағы фазасы жүйе контроллерінің микробағдарламасымен үйлестіріледі, дегенмен ол алдын ала жүктеу ретінің белгілі бір бөліктерін орындау үшін АЖ негізгі кешенінде E51 пайдалана алады.
Келесі оқиғалар АЖ алдын ала жүктеу кезінде орын аладыtage:

• АЖ енгізілген тұрақты жадты (eNVM) қосу
• MSS Core Complex L2 кэшімен байланысты артық жөндеуді инициализациялау
• Пайдаланушы жүктеу кодының аутентификациясы (егер User Secure жүктеу опциясы қосылған болса)
• Пайдаланушы жүктеу кодына операциялық АЖ тапсыру

MSS Core кешенін төрт режимнің бірінде жүктеуге болады. Келесі кестеде sNVM жүйесінде конфигурациялануы және бағдарламалануы мүмкін АЖ алдын ала жүктеу опцияларының тізімі берілген. Жүктеу режимі U_MSS_BOOTMODE[1:0] пайдаланушы параметрімен анықталады. Қосымша жүктеу конфигурациясының деректері режимге тәуелді және пайдаланушы U_MSS_BOOTCFG параметрімен анықталады (3-кесте, 4-бетті және 5-кесте, 6-бетті қараңыз).

1-кесте • АЖ негізгі күрделі жүктеу режимдері

U_MSS_BOOTMODE[1:0]	Режим	Сипаттама
0	Бос жүктелу	MSS конфигурацияланбаған болса, MSS Core кешені жүктелетін ROM-дан жүктеледі
1	Қауіпсіз жүктелу	MSS Core кешені тікелей U_MSS_BOOTADDR арқылы анықталған мекенжайдан жүктеледі
2	Пайдаланушы қауіпсіз жүктеу	MSS Core Complex sNVM жүйесінен жүктеледі
3	Зауыттық қауіпсіз жүктеу	MSS Core кешені зауыттық қауіпсіз жүктеу протоколы арқылы жүктеледі

Жүктеу опциясы Libero дизайн ағынының бөлігі ретінде таңдалады. Режимді өзгертуге тек жаңа FPGA бағдарламалауын жасау арқылы қол жеткізуге болады file.

2-сурет • АЖ алдын ала жүктеу ағыны

Бос жүктеу

АЖ конфигурацияланбаған болса (мысалыample, бос құрылғы), содан кейін MSS Core кешені отладчик мақсатқа қосылғанша барлық процессорларды шексіз циклде ұстайтын жүктеу ROM бағдарламасын орындайды. Жүктеу векторының регистрлері құрылғы қалпына келтірілгенше немесе жаңа жүктеу режимі конфигурациясы бағдарламаланғанша өз мәнін сақтайды. Конфигурацияланған құрылғылар үшін бұл режимді пайдалану арқылы жүзеге асыруға болады
U_MSS_BOOTMODE=Libero конфигураторындағы 0 жүктеу опциясы.

Ескерту: Бұл режимде U_MSS_BOOTCFG пайдаланылмайды.

Келесі сурет бос күйдегі жүктеу ағынын көрсетеді.
3-сурет • Бос жүктеу ағыны

Қауіпсіз жүктеу

Бұл режимде АЖ негізгі кешені анықталған eNVM мекенжайынан аутентификациясыз орындалады. Ол ең жылдам жүктеу опциясын қамтамасыз етеді, бірақ код кескінінің аутентификациясы жоқ. Мекенжайды Libero конфигураторында U_MSS_BOOTADDR орнату арқылы көрсетуге болады. Бұл режимді FIC арқылы кез келген FPGA Fabric жады ресурсынан жүктеу үшін де пайдалануға болады. Бұл режим көмегімен жүзеге асырылады
U_MSS_BOOTMODE=1 жүктеу опциясы.
АЖ негізгі кешені U_MSS_BOOTCFG арқылы анықталған жүктеу векторларымен қалпына келтіруден босатылады (келесі кестеде көрсетілгендей).

2-кесте • U_MSS_BOOTCFG Қауіпсіз жүктеу режимінде пайдалану 1

Офсет (байт)	Өлшем (байт)	Аты	Сипаттама
0	4	BOOTVEC0	E51 үшін жүктеу векторы
4	4	BOOTVEC1	U540 үшін жүктеу векторы
8	4	BOOTVEC2	U541 үшін жүктеу векторы
16	4	BOOTVEC3	U542 үшін жүктеу векторы
20	4	BOOTVEC4	U543 үшін жүктеу векторы

Келесі суретте қауіпсіз емес жүктеу ағыны көрсетілген.
4-сурет • Қауіпсіз жүктеу ағыны

Пайдаланушының қауіпсіз жүктелуі
Бұл режим пайдаланушыға өзінің реттелетін қауіпсіз жүктеуін жүзеге асыруға мүмкіндік береді және пайдаланушының қауіпсіз жүктеу коды sNVM ішіне орналастырылады. sNVM 56 Кбайт тұрақты жад болып табылады, ол кірістірілген физикалық клондалмаған функция (PUF) арқылы қорғалуы мүмкін. Бұл жүктеу әдісі қауіпсіз деп саналады, себебі ROM ретінде белгіленген sNVM беттері өзгермейді. Қуатты қосқанда, жүйе контроллері пайдаланушы қауіпсіз жүктеу кодын sNVM жүйесінен E51 Monitor өзегінің Data Tightly Integrated Memory (DTIM) жадына көшіреді. E51 пайдаланушы қауіпсіз жүктеу кодын орындауды бастайды.
Егер пайдаланушы қауіпсіз жүктеу кодының өлшемі DTIM өлшемінен үлкен болса, пайдаланушы жүктеу кодын екі секундқа бөлуі керек.tages. sNVM келесі s-ді қамтуы мүмкінtagкелесі жүктеу s аутентификациясын орындауы мүмкін пайдаланушы жүктеу ретінің etage пайдаланушы аутентификация/шифрды шешу алгоритмін пайдалану.
Егер аутентификацияланған немесе шифрланған беттер пайдаланылса, сол USK кілті (яғни,
U_MSS_BOOT_SNVM_USK) барлық аутентификацияланған/шифрланған беттер үшін қолданылуы керек.
Аутентификация сәтсіз болса, АЖ негізгі кешенін қалпына келтіруге және BOOT_FAIL t орнатуға болады.ampжалауын көтеруге болады. Бұл режим U_MSS_BOOTMODE=2 жүктеу опциясы арқылы жүзеге асырылады.

3-кесте •  U_MSS_BOOTCFG Пайдаланушыны қауіпсіз жүктеуде пайдалану

Офсет (байт)	Өлшем (байт)	Аты	Сипаттама
0	1	U_MSS_BOOT_SNVM_PAGE	SNVM жүйесіндегі бастапқы бет
1	3	САҚТАДЫ	Туралау үшін
4	12	U_MSS_BOOT_SNVM_USK	Аутентификацияланған/шифрланған беттер үшін

Келесі суретте пайдаланушы қауіпсіз жүктеу ағыны көрсетілген.
5-сурет • Пайдаланушының қауіпсіз жүктеу ағыны

Зауыттық қауіпсіз жүктеу
Бұл режимде жүйе контроллері eNVM жүйесінен қауіпсіз жүктеу кескіні сертификатын (SBIC) оқиды және SBIC растайды. Сәтті тексеруден кейін Жүйе контроллері зауыттық қауіпсіз жүктеу кодын жеке, қауіпсіз жад аймағынан көшіреді және оны E51 Монитор ядросының DTIM жүйесіне жүктейді. Әдепкі қауіпсіз жүктеу eNVM ішінде сақталған SBIC көмегімен eNVM кескініндегі қолтаңбаны тексеруді орындайды. Ешқандай қате туралы хабарланбаса, қалпына келтіру АЖ негізгі кешеніне шығарылады. Қателер хабарланса, АЖ негізгі кешені қалпына келтіріледі және BOOT_FAIL tampту көтеріледі. Содан кейін жүйе контроллері іске қосыладыampпайдаланушы әрекеті үшін FPGA матасына сигнал беретін er жалаушасы. Бұл режим U_MSS_BOOTMODE=3 жүктеу опциясы арқылы жүзеге асырылады.

SBIC қорғалған екілік блоктың мекенжайын, өлшемін, хэшін және эллиптикалық қисық цифрлық қолтаңба алгоритмін (ECDSA) қолтаңбасын қамтиды. ECDSA эллиптикалық қисық криптографияны қолданатын цифрлық қолтаңба алгоритмінің нұсқасын ұсынады. Ол сондай-ақ әрбір Аппараттық құрал үшін қалпына келтіру векторын қамтиды
жүйедегі жіп/ядро/процессор өзегі (Харт).

4-кесте •  Қауіпсіз жүктеу кескінінің сертификаты (SBIC)

Офсет	Өлшем (байт)	Мән	Сипаттама
0	4	IMAGEADDR	АЖ жад картасындағы UBL мекенжайы
4	4	IMAGELEN	Байттардағы UBL өлшемі
8	4	BOOTVEC0	E51 үшін UBL ішіндегі жүктеу векторы
12	4	BOOTVEC1	U540 үшін UBL ішіндегі жүктеу векторы
16	4	BOOTVEC2	U541 үшін UBL ішіндегі жүктеу векторы
20	4	BOOTVEC3	U542 үшін UBL ішіндегі жүктеу векторы
24	4	BOOTVEC4	U543 үшін UBL ішіндегі жүктеу векторы
28	1	ОПЦИЯЛАР[7:0]	SBIC опциялары
28	3	САҚТАДЫ
32	8	НҰСҚА	SBIC/Image нұсқасы
40	16	DSN	Қосымша DSN байланыстыру
56	48	H	UBL кескіні SHA-384 хэш
104	104	КОДЕСИГ	DER кодталған ECDSA қолтаңбасы
Барлығы	208	Байттар

DSN
Егер DSN өрісі нөл емес болса, ол құрылғының жеке сериялық нөмірімен салыстырылады. Егер салыстыру сәтсіз болса, онда boot_fail tamper жалауы орнатылып, аутентификация тоқтатылады.

НҰСҚА
Егер SBIC қайтарып алу U_MSS_REVOCATION_ENABLE арқылы қосылса, VERSION мәні қайтарып алу шегінен үлкен немесе оған тең болмаса, SBIC қабылданбайды.

SBIC БЕРУ ОПЦИЯСЫ
SBIC қайтарып алу U_MSS_REVOCATION_ENABLE арқылы қосылса және OPTIONS[0] "1" болса, SBIC толық аутентификациясынан кейін VERSION нұсқасынан аз барлық SBIC нұсқалары жойылады. Қайтару шегі OPTIONS[0] = '1' және жоғарырақ НҰСҚА өрісі бар болашақ SBIC мәніне қайтадан өскенше жаңа мәнде қалады. Қайтару шегін тек осы механизм арқылы арттыруға болады және тек бит ағыны арқылы қалпына келтіруге болады.
Қайтару шегі динамикалық түрде жаңартылған кезде, шек рұқсат кодтары үшін пайдаланылатын артық сақтау схемасы арқылы сақталады, осылайша құрылғыны жүктеу кезінде қуат үзілуі құрылғының келесі жүктелуінің сәтсіздігін тудырмайды. Егер қайтарып алу шегін жаңарту сәтсіз болса, шекті мәннің жаңа мән немесе алдыңғы мән болатынына кепілдік беріледі.

5-кесте • U_MSS_BOOTCFG Зауыттық жүктеуші режимінде пайдалану

Офсет (байт)	Өлшем (байт)	Аты	Сипаттама
0	4	U_MSS_SBIC_ADDR	АЖ мекенжай кеңістігіндегі SBIC мекенжайы
4	4	U_MSS_REVOCATION_ENABLE	Нөлге тең болмаса, SBIC қайтарып алуды қосыңыз

Келесі суретте зауыттың қауіпсіз жүктелу ағыны көрсетілген.
6-сурет • Зауыттық қауіпсіз жүктеу ағыны

АЖ пайдаланушысының жүктелуі 

АЖ пайдаланушысының жүктелуі басқару Жүйе контроллерінен MSS негізгі кешеніне берілгенде орын алады. АЖ алдын ала сәтті жүктелгеннен кейін жүйе контроллері АЖ негізгі кешеніне қалпына келтіруді шығарады. АЖ келесі жолдардың бірімен жүктелуі мүмкін:

• Жалаңаш металды қолдану
• Linux қолданбасы
• AMP Қолданба

Жалаңаш металды қолдану

PolarFire SoC үшін жалаң металл қолданбаларын SoftConsole құралы арқылы жасауға болады. Бұл құрал шығаруды қамтамасыз етеді files .hex түрінде, оны Libero ағынында бағдарламалау бит ағынына қосу үшін пайдалануға болады file. Дәл сол құралды J көмегімен Bare Metal қолданбаларын жөндеу үшін пайдалануға боладыTAG
интерфейс.
Төмендегі суретте E51 мониторының өзегін қоса алғанда, бес корпусы (ядролары) бар SoftConsole Bare Metal қолданбасы көрсетілген.

7-сурет • SoftConsole жобасы

Linux қолданбасы

Бұл бөлім барлық U54 ядроларында жұмыс істейтін Linux үшін жүктеу ретін сипаттайды.
Әдеттегі жүктеу процесі үш секундтан тұрадыtages. Бірінші сtage жүктеуші (FSBL) чиптегі Жүктеу жарқылынан (eNVM) орындалады. FSBL екінші s жүктейдіtage жүктеуші (SSBL) жүктеу құрылғысынан сыртқы жедел жадқа немесе кэшке. Жүктеу құрылғысы eNVM немесе енгізілген жад микроконтроллері (eMMC) немесе сыртқы SPI Flash болуы мүмкін. SSBL Linux операциялық жүйесін жүктеу құрылғысынан сыртқы жедел жадқа жүктейді. Үшінші сtage, Linux сыртқы жедел жадтан орындалады.

Төмендегі суретте Linux жүктеу процесінің ағыны көрсетілген.
8-сурет • Әдеттегі Linux жүктеу процесінің ағыны

FSBL, Құрылғы ағашы, Linux және YOCTO құрастыру, Linux құру және конфигурациялау туралы мәліметтер осы құжаттың болашақ шығарылымында беріледі.

AMP Қолданба
Libero MSS конфигураторының егжей-тегжейлі сипаттамасы және SoftConsole көмегімен көп процессорлы қолданбаларды жөндеу жолы осы құжаттың болашақ шығарылымында беріледі.

Әртүрлі жүктеу көздері
Осы құжаттың болашақ нұсқаларында жаңартылады.

Жүктеу конфигурациясы
Осы құжаттың болашақ нұсқаларында жаңартылады.

Акронимдер

Бұл құжатта келесі қысқартулар қолданылады.

1-кесте •  Акронимдердің тізімі

Акроним кеңейтілген

• AMP Асимметриялық көп өңдеу
• DTIM Деректер тығыз біріктірілген жады (SRAM деп те аталады)
• ECDSA Эллиптикалық қисық цифрлық қолтаңба алгоритмі
• eNVM ендірілген тұрақты жад
• FSBL Бірінші Сtage Жүктеу құралы
• Харт Аппараттық жіп/ядро/процессор өзегі
• АЖ Микропроцессорлық ішкі жүйе
• ПОР Қуат қосулы Қалпына келтіру
• PUF Физикалық түрде клондалмайтын функция
• ROM Тек оқуға арналған жад
• SCB Жүйе контроллері көпірі
• sNVM Қауіпсіз тұрақты жад

Қайта қарау тарихы

Тексеру журналы құжатқа енгізілген өзгерістерді сипаттайды. Өзгерістер ағымдағы жарияланымнан бастап қайта қарау бойынша тізімделеді.

2.0 нұсқасы
Төменде осы редакцияда енгізілген өзгерістердің қысқаша мазмұны берілген.

• Factory Secure Boot туралы ақпарат жаңартылды.
• Bare Metal қолданбасы туралы ақпарат жаңартылды.

1.0 нұсқасы
Бұл құжаттың бірінші жариялануы.

Microsemi штаб-пәтері
Бір кәсіпорын, Алисо Виехо,
CA 92656 АҚШ
АҚШ ішінде: +1 800-713-4113
АҚШ-тан тыс: +1 949-380-6100
Сатылымдар: +1 949-380-6136
Факс: +1 949-215-4996
Электрондық пошта: sales.support@microsemi.com
www.microsemi.com

©2020 Microsemi, Microchip Technology Inc компаниясының толық еншілес кәсіпорны. Барлық құқықтар қорғалған. Microsemi және Microsemi логотипі Microsemi корпорациясының тіркелген сауда белгілері болып табылады. Барлық басқа сауда белгілері мен қызмет көрсету белгілері олардың тиісті иелерінің меншігі болып табылады.

Құжаттар / Ресурстар

Microchip UG0881 PolarFire SoC FPGA жүктеу және конфигурациялау [pdf] Пайдаланушы нұсқаулығы UG0881 PolarFire SoC FPGA жүктеу және конфигурациялау, UG0881, PolarFire SoC FPGA жүктеу және конфигурациялау, жүктеу және конфигурациялау

Анықтамалар

• Пайдаланушы нұсқаулығы