MICROCHIP AN4229 Risc V 处理器子系统
产品信息
规格
- 产品名称：RT PolarFire
- 型号：AN4229
- 处理器子系统：RISC-V
- 电源要求：12V/5A 交流电源适配器
- 接口：USB 2.0 A 至 mini-B、Micro B USB 2.0
产品使用说明
设计要求
构建 Mi-V 处理器子系统的硬件和软件要求如下：
- 12V/5A 交流电源适配器和电源线
- USB 2.0 A 转 mini-B 电缆
- Micro B USB 2.0 电缆
- 参考readme.txt file 在设计中 file适用于所有需要的软件版本
设计先决条件
在开始设计过程之前，请确保执行以下步骤：
- [先决条件列表]
设计说明
MIV_RV32 是一款专为实现 RISC-V 指令集而设计的处理器内核。该内核可以在 FPGA 上实现。
常问问题
- 问：RT PolarFire 的硬件要求是什么？
答：硬件要求包括 12V/5A AC 电源适配器和电源线、USB 2.0 A 转 mini-B 线以及 Micro B USB 2.0 线。 - 问：RT PolarFire 的处理器子系统是什么？
答：处理器子系统基于RISC-V架构。
简介（提问）
Microchip 免费提供 Mi-V 处理器 IP 和软件工具链，用于开发基于 RISC-V 处理器的设计。RISC-V 是 RISC-V 基金会管理下的标准开放指令集架构 (ISA)。它提供了许多好处，包括使开源社区能够以比封闭 ISA 更快的速度测试和改进内核。RT PolarFire® 现场可编程门阵列 (FPGA) 支持 Mi-V 软处理器运行用户应用程序。本应用说明介绍了如何构建 Mi-V 处理器子系统，以从从 SPI Flash 初始化的指定 TCM 内存执行用户应用程序。
设计要求（提问）
下表列出了构建 Mi-V 处理器子系统的硬件和软件要求。
表 1-1. 设计要求
| 要求 | 描述 |
| 硬件要求 | |
| RT PolarFire® 开发套件 (RTPF500TS-1CG1509M) 12V/5A AC 电源适配器和电源线 USB 2.0 A 转 mini-B 线缆 Micro B USB 2.0 线缆 | 修订版1.0 |
| 软件要求 | |
| Libero® SoC FlashPro Express 软控制台 | 参见 readme.txt file 在设计中 file适用于创建 Mi-V 参考设计所需的所有软件版本 |
设计前提条件（提问）
开始之前，请执行以下步骤：
- 下载参考设计 file来自 RT PolarFire：构建 RISC-V 处理器子系统。
- 从以下链接下载并安装 Libero® SoC：Libero SoC v2024.1 或更高版本。
设计描述（提问）
MIV_RV32 是一款专为实现 RISC-V 指令集而设计的处理器内核。该内核可配置为具有 AHB、APB3 和 AXI3/4 总线接口，用于外设和内存访问。下图显示了基于 RT PolarFire® FPGA 构建的 Mi-V 子系统的顶层框图。
要在 Mi-V 处理器上执行的用户应用程序可以存储在外部 SPI Flash 中。设备通电时，系统控制器使用用户应用程序初始化指定的 TCM。TCM 初始化完成后，系统复位被释放。如果用户应用程序存储在 SPI Flash 中，系统控制器将使用 SC_SPI 接口从 SPI Flash 读取用户应用程序。给定的用户应用程序打印 UART 消息“Hello World！”并使板上的用户 LED 闪烁。
硬件实现（提问）
下图显示了 Mi-V 处理器子系统的 Libero 设计。
IP 阻止（提问）
下表列出了 Mi-V 处理器子系统参考设计中使用的 IP 块及其功能。
表 4-1. IP 块描述
| IP名称 | 描述 |
| 初始化监控 | RT PolarFire® 初始化监视器获取设备和内存初始化的状态 |
| 重置同步 | 这是 CORERESET_PF IP 实例，它为 Mi-V 子系统生成系统级同步重置 |
|
CCC_0 |
RT PolarFire 时钟调节电路 (CCC) 模块从 PF_OSC 模块获取 160 MHz 的输入时钟，并为 Mi-V 处理器子系统和其他外围设备生成 83.33 MHz 的结构时钟。 |
|
MIV_RV32_C0（Mi-V 软处理器 IP） |
Mi-V 软处理器默认的复位向量地址值为 0✕8000_0000。设备复位后，处理器从 0✕8000_0000 执行应用程序。TCM 是 Mi-V 处理器的主存储器，并且被映射到 0✕8000_0000。TCM 使用存储在 SPI Flash 中的用户应用程序进行初始化。在 Mi-V 处理器内存映射中，为 TCM 内存接口定义了 0✕8000_0000 到 0✕8000_FFFF 范围，为 APB 接口定义了 0✕7000_0000 到 0✕7FFF_FFFF 范围。 |
| MIV_ESS_C0_0 | 该 MIV 扩展子系统 (ESS) 用于支持 GPIO 和 UART |
| 核心SPI_C0_0 | CoreSPI 用于编程外部 SPI Flash |
| PF_SPI | PF_SPI 宏将结构逻辑与外部 SPI 闪存连接起来，后者与系统控制器相连 |
| PF_OSC | PF_OSC 是一个板载振荡器，可产生 160 MHz 输出时钟 |
重要提示：所有 IP 用户指南和手册均可从 Libero SoC > 目录获取
内存映射（提问）
下表列出了存储器和外设的内存映射。
表 4-2. 内存映射说明
| 外设 | 起始地址 |
| 中医 | 0x8000_0000 |
| UART_ESS_UART_MIV_ESS_UART | 0x7100_0000 |
| MIV_ESS_GPIO | 0x7500_0000 |
软件实施（提出问题）
Microchip 提供 SoftConsole 工具链来构建 RISC-V 用户应用程序可执行文件 (.hex) file 并进行调试。参考设计 file包括包含 MiV_uart_blinky 软件项目的固件工作区。MiV_uart_blinky 用户应用程序使用 Libero® SoC 在外部 SPI Flash 上进行编程。给定的用户应用程序打印 UART 消息“Hello World！”并使板上的用户 LED 闪烁。
根据 Libero SoC 设计内存映射，UART 和 GPIO 外设地址分别映射到 0x71000000 和 0x75000000。此信息在 hw_platform.h 中提供 file 如下图所示。
用户应用程序必须从 TCM 内存（代码、数据和堆栈）执行。因此，链接器脚本中的 RAM 地址设置为 TCM 内存的起始地址，如下图所示。
链接器脚本 (miv-rv32-ram.ld) 位于设计的 FW\MiV_uart_blinky\miv_rv32_hal 文件夹中 files. 要构建用户应用程序，请执行以下步骤：
- 创建 Mi-V SoftConsole 项目
- 下载 MIV_RV32 HAL file使用以下链接从 GitHub 下载和驱动程序： github.com/Mi-V-Soft-RISC-V/platform
- 导入固件驱动程序
- 创建 main.c file 使用应用程序代码
- 映射固件驱动程序和链接器脚本
- 映射内存和外设地址
- 构建应用程序
有关这些步骤的更多信息，请参阅 AN4997：PolarFire FPGA 构建 Mi-V 处理器子系统。.hex file 在成功构建后创建，用于运行演示中的设计和内存初始化配置。
设置演示（提出问题）
要设置演示，请执行以下步骤：
- 设置硬件
- 设置串行终端 (Tera Term)
设置硬件（提问）
重要提示：如果启用了系统控制器挂起模式，则无法使用 SoftConsole 调试器进行 Mi-V 应用程序调试。此设计禁用了系统控制器挂起模式，以演示 Mi-V 应用程序。
要设置硬件，请执行以下步骤：
- 使用 SW7 开关关闭开发板电源。
- 打开 J31 跳线以使用外部 FlashPro 编程器或关闭 J31 跳线以使用嵌入式 FlashPro 编程器。
重要提示：嵌入式 Flash Pro 编程器只能用于通过 Libero 或 FPExpress 进行编程，不能用于调试基于 Mi-V 的应用程序。 - 使用 USB 电缆将主机 PC 连接到 J24 连接器。
- 要启用 SC_SPI，应关闭跳线 J1 的 2-8 个引脚。
- 将 FlashPro 编程器连接到 J3 连接器 (JTAG 连接 FlashPro 编程器（请参见第 5.2.2 节 “连接 FlashPro 编程器”）并使用另一条 USB 线将 FlashPro 编程器连接到主机 PC。
- 确保自动检测到 USB 至 UART 桥接驱动程序，这可以通过主机 PC 上的设备管理器进行验证。
重要提示：如图6-1所示，COM16的端口属性显示连接的是USB串口，因此本次示例选择COM16。ample。COM 端口号是系统特定的。如果未安装 USB 转 UART 桥接驱动程序，请从以下位置下载并安装驱动程序 www.microchip.com/en-us/product/mcp2200. - 将电源连接到 J19 连接器，然后使用开关 SW7 打开电源。
设置串行终端 (Tera Term)（提问）
用户应用程序（MiV_uart_blinky.hex file)通过UART接口在串行终端上打印“Hello World！”消息。
要设置串行终端，请执行以下步骤：
- 在主机PC上启动Tera Term。
- 在 Tera Term 中选择已识别的 COM 端口，如下图所示。
- 从菜单栏中，选择设置 > 串行端口来设置 COM 端口。
- 将速度（波特）设置为 115200，将流量控制设置为无，然后单击新设置选项，如下图所示。
串行终端设置完成后，下一步是对 RT PolarFire® 设备进行编程。
运行演示（提问）
要运行演示，请执行以下步骤：
- 生成TCM初始化客户端
- 对 RT PolarFire® 设备进行编程
- 生成 SPI 闪存映像
- 编程 SPI 闪存
生成 TCM 初始化客户端（提问）
要使用系统控制器初始化 RT PolarFire® 中的 TCM，miv_rv0_subsys_pkg.v 中的本地参数 l_cfg_hard_tcm32_en file 必须在综合之前更改为 1'b1。有关更多信息，请参阅 MIV_RV32 用户指南。
在 Libero® SoC 中，配置设计初始化数据和内存选项会生成 TCM 初始化客户端，并根据所选的非易失性内存类型将其添加到 sNVM、μPROM 或外部 SPI Flash。在本应用说明中，TCM 初始化客户端存储在 SPI Flash 中。此过程需要用户应用程序可执行文件 file （.十六进制） file)。十六进制 file （*.hex）是使用 SoftConsole 应用程序项目生成的。amp用户应用程序随设计一起提供 files. 用户应用程序 file （.hex）用于创建TCM初始化客户端，步骤如下：
- 启动 Libero® SoC 并运行 script.tcl（附录 2：运行 TCL 脚本）。
- 选择配置设计初始化数据和内存>Libero 设计流程。
- 在“Fabric RAM”选项卡上，选择TCM实例，双击打开“编辑Fabric RAM初始化客户端”对话框，如下图所示。
在编辑 Fabric RAM 初始化客户端对话框中，将存储类型设置为 SPI-Flash。然后选择内容来自 file 并点击导入（…）按钮，如下图所示。
对 RT PolarFire 设备进行编程（提出问题）
- 参考设计 file包括使用 Libero® SoC 创建的 Mi-V 处理器子系统项目。RT PolarFire® 设备可以使用 Libero SoC 进行编程。
- Libero SoC设计流程如下图所示。
要对 RT PolarFire 设备进行编程，请打开 Mi-V 处理器子系统 Libero 项目（该项目是使用 Libero SoC 中提供的 TCL 脚本创建的），然后双击“运行程序操作”。
生成 SPI 闪存映像（提问）
- 要生成 SPI Flash 图像，请双击“设计流程”选项卡上的“生成 SPI Flash 图像”。
- 成功生成 SPI Flash 图像后，“生成 SPI Flash 图像”旁边会出现一个绿色勾号。
对 SPI 闪存进行编程（提问）
要对 SPI Flash 映像进行编程，请执行以下步骤：
- 双击“设计流程”选项卡上的“运行 PROGRAM_SPI_IMAGE”。
- 在对话框中单击“是”。
- 当 SPI 图像成功编程到设备上后，运行 PROGRAM_SPI_IMAGE 旁边会出现一个绿色勾号。
- SPI Flash 烧写完成后，TCM 就绪，此时 LED1、2、3、4 闪烁，串口终端有打印输出，如下图所示。
演示到此结束。
RT PolarFire® 设备和 SPI Flash 也可以使用 FlashPro Express 进行编程，请参阅附录 1：使用 FlashPro Express 对 RT PolarFire 设备和 SPI Flash 进行编程。
附录 1：使用 FlashPro Express 对 RT PolarFire 设备和 SPI Flash 进行编程（提问）
参考设计 file包括编程工作 file 使用 FlashPro Express 对 RT PolarFire® 设备进行编程。此作业 file 还包括 SPI Flash 映像，即 TCM 初始化客户端。FlashPro Express 使用此编程 .job 对 RT PolarFire 设备和 SPI Flash 进行编程 file.编程工作 file 可在 设计Files_directory\Programming_files.
使用编程对 RT PolarFire 设备进行编程 file 使用FlashPro Express，执行以下步骤：
- 设置硬件，请参阅设置硬件。
- 在主机 PC 上，启动 FlashPro Express 软件。
- 要创建新的作业项目，请单击“新建”或从“项目”菜单中从“FlashPro Express 作业”中选择“新作业项目”。
- 在对话框中输入以下内容：
- 编程工作 file：单击“浏览”并导航到 .job 文件所在的位置 file 位于并选择 file. 工作 file 可在 设计Files_directory\Programming_files.
- FlashPro Express 作业项目位置：单击浏览并导航到要保存项目的位置。
- 单击确定。 所需的编程 file 已被选择并准备进行编程。
- FlashPro Express 窗口如下图所示。确认 Programmer 字段中是否显示编程器编号。如果没有，请检查电路板连接，然后单击 Refresh/Rescan Programmers。
- 单击运行。 当设备烧录成功后，会显示 RUN PASSED 状态，如下图所示。
至此，RT PolarFire 设备和 SPI Flash 编程结束。对电路板进行编程后，观察 UART 终端上打印的“Hello World！”消息和用户 LED 的闪烁。
附录 2：运行 TCL 脚本（提问）
设计中提供TCL脚本 files 文件夹下的 HW 目录。如果需要，可以从设计实施到生成作业，重现设计流程 file.
要运行 TCL，请执行以下步骤：
- 启动自由人软件。
- 选择项目>执行脚本…..
- 单击“浏览”并从下载的 HW 目录中选择 script.tcl。
- 单击运行。
成功执行 TCL 脚本后，将在 HW 目录中创建 Libero 项目。
- 有关 TCL 脚本的更多信息，请参阅 rtpf_an4229_df/HW/TCL_Script_readme.txt。有关 TCL 命令的更多信息，请参阅 Tcl 命令参考指南。联系 Microchip
- 在运行 TCL 脚本时遇到的任何问题都可以寻求技术支持。
修订历史（提问）
修订历史表描述了文档中实施的更改。 更改按修订列出，从最新的出版物开始。
表 10-1。 修订记录
| 修订 | 日期 | 描述 |
| B | 10/2024 | 以下是该文件 B 版的更改列表：
|
| A | 10/2021 | 本文档的首次发布 |
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应用说明
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文件/资源
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MICROCHIP AN4229 Risc V 处理器子系统 [pdf] 用户指南 AN4229，AN4229 Risc V 处理器子系统，AN4229，Risc V 处理器子系统，处理器子系统，子系统 |
