MICROCHIP AN4229 Risc V 處理器子系統
產品資訊
規格
- 產品名稱： RT PolarFire
- 型號：AN4229
- 處理器子系統：RISC-V
- 電源需求：12V/5A交流電源轉接器
- 接口：USB 2.0 A 至 mini-B、Micro B USB 2.0
產品使用說明
設計要求
建構 Mi-V 處理器子系統的硬體和軟體需求如下：
- 12V/5A 交流電源轉接器和電源線
- USB 2.0 A 轉 mini-B 電纜
- 微型 B USB 2.0 電纜
- 參考readme.txt file 在設計中 files 表示所需的所有軟體版本
設計先決條件
在開始設計過程之前，請確保執行以下步驟：
- [先決條件清單]
設計說明
MIV_RV32 是一個旨在實現 RISC-V 指令集的處理器核心。該核心可以在 FPGA 上實現。
常問問題
- Q：RT PolarFire 有哪些硬體需求？
答：硬體需求包括 12V/5A 交流電源轉接器和電源線、USB 2.0 A 轉 mini-B 電纜以及 Micro B USB 2.0 電纜。 - Q：RT PolarFire 的處理器子系統是什麼？
答：處理器子系統是基於RISC-V架構。
簡介（提出問題）
Microchip 免費提供 Mi-V 處理器 IP 和軟體工具鏈，用於開發基於 RISC-V 處理器的設計。 RISC-V 是 RISC-V 基金會管轄下的標準開放指令集架構 (ISA)。它提供了許多好處，其中包括使開源社群能夠以比封閉 ISA 更快的速度測試和改進核心。 RT PolarFire® 現場可程式閘陣列 (FPGA) 支援 Mi-V 軟體處理器來執行使用者應用程式。本應用筆記介紹如何建構 Mi-V 處理器子系統，以從 SPI 快閃記憶體初始化的指定 TCM 記憶體執行使用者應用程式。
設計要求（提出問題）
下表列出了建構 Mi-V 處理器子系統的硬體和軟體要求。
表 1-1。設計要求
| 要求 | 描述 |
| 硬體需求 | |
| RT PolarFire® 開發套件 (RTPF500TS-1CG1509M) 12V/5A 交流電源轉接器和電源線 USB 2.0 A 轉 mini-B 電纜 Micro B USB 2.0 電纜 | 修訂版1.0 |
| 軟體要求 | |
| Libero® SoC FlashPro Express SoftConsole | 參見 readme.txt file 在設計中 file用於創建 Mi-V 參考設計所需的所有軟體版本 |
設計先決條件（提出問題）
在開始之前，請執行以下步驟：
- 下載參考設計 file來自 RT PolarFire：建構 RISC-V 處理器子系統。
- 從以下連結下載並安裝 Libero® SoC：Libero SoC v2024.1 或更高版本。
設計說明（提出問題）
MIV_RV32 是一個旨在實現 RISC-V 指令集的處理器核心。此核心可配置為具有 AHB、APB3 和 AXI3/4 總線接口，用於週邊和記憶體存取。下圖顯示了基於 RT PolarFire® FPGA 建構的 Mi-V 子系統的頂層框圖。
要在 Mi-V 處理器上執行的使用者應用程式可以儲存在外部 SPI 快閃記憶體中。設備加電時，系統控制器使用使用者應用程式初始化指定的 TCM。 TCM初始化完成後，系統重設釋放。如果使用者應用程式儲存在 SPI Flash 中，則係統控制器使用 SC_SPI 介面從 SPI Flash 讀取使用者應用程式。給定的用戶應用程式列印 UART 訊息“Hello World!”並使板上的使用者 LED 閃爍。
硬體實現（提問）
下圖顯示了 Mi-V 處理器子系統的 Libero 設計。
IP 區塊（提出問題）
下表列出了 Mi-V 處理器子系統參考設計中使用的 IP 模組及其功能。
表 4-1。 IP 區塊描述
| IP名稱 | 描述 |
| 初始化_監控 | RT PolarFire® 初始化監視器取得裝置和記憶體初始化的狀態 |
| 重置同步 | 這是 CORERESET_PF IP 實例，它為 Mi-V 子系統產生系統級同步重設 |
|
CCC_0 |
RT PolarFire 時脈調節電路 (CCC) 模組從 PF_OSC 模組取得 160 MHz 的輸入時鐘，並為 Mi-V 處理器子系統和其他週邊產生 83.33 MHz 結構時脈。 |
|
MIV_RV32_C0（Mi-V 軟體處理器 IP） |
Mi-V 軟處理器預設重設向量位址值為 0✕8000_0000。裝置重設後，處理器從 0✕8000_0000 開始執行應用程式。 TCM 是 Mi-V 處理器的主內存，內存映射到 0✕8000_0000。 TCM 使用儲存在 SPI 快閃記憶體中的使用者應用程式進行初始化。在 Mi-V 處理器記憶體映射中，0✕8000_0000 到 0✕8000_FFFF 範圍是為 TCM 記憶體介面定義的，0✕7000_0000 到 0✕7FFF_FFFF 範圍是為 APB 介面定義的。 |
| MIV_ESS_C0_0 | 此 MIV 擴展子系統 (ESS) 用於支援 GPIO 和 UART |
| CoreSPI_C0_0 | CoreSPI用於對外部SPI Flash進行編程 |
| PF_SPI | PF_SPI 巨集將結構邏輯連接到外部 SPI 快閃記憶體，該快閃記憶體連接到系統控制器 |
| PF_OSC | PF_OSC 是一個板載振盪器，可產生 160 MHz 輸出時鐘 |
重要提示：所有 IP 使用者指南和手冊均可從 Libero SoC > 目錄取得
記憶體映射（提出問題）
下表列出了記憶體和周邊的記憶體映射。
表 4-2。記憶體映射說明
| 週邊設備 | 起始位址 |
| 中醫 | 0x8000_0000 |
| MIV_ESS_UART | 0x7100_0000 |
| MIV_ESS_GPIO | 0x7500_0000 |
軟體實施（提問）
Microchip 提供 SoftConsole 工具鏈來建立 RISC-V 使用者應用程式執行檔 (.hex) file 並調試它。參考設計 file包括包含 MiV_uart_blinky 軟體專案的韌體工作區。 MiV_uart_blinky 使用者應用程式使用 Libero® SoC 在外部 SPI 快閃記憶體上進行程式設計。給定的用戶應用程式列印 UART 訊息“Hello World!”並使板上的使用者 LED 閃爍。
根據 Libero SoC 設計記憶體映射，UART 和 GPIO 週邊位址分別映射到 0x71000000 和 0x75000000。此資訊在 hw_platform.h 中提供 file 如下圖所示。
使用者應用程式必須從 TCM 記憶體（程式碼、資料和堆疊）執行。因此，連結描述檔中的RAM位址被設定為TCM記憶體的起始位址，如下圖所示。
連結器腳本 (miv-rv32-ram.ld) 可在設計的 FW\MiV_uart_blinky\miv_rv32_hal 資料夾中找到 files。要建立用戶應用程序，請執行以下步驟：
- 建立 Mi-V SoftConsole 項目
- 下載 MIV_RV32 HAL file使用以下連結從 GitHub 取得和驅動程式： github.com/Mi-V-Soft-RISC-V/platform
- 導入韌體驅動程式
- 建立main.c file 帶有應用程式程式碼
- 映射韌體驅動程式和連結器腳本
- 映射記憶體和周邊位址
- 建立應用程式
有關這些步驟的更多信息，請參閱 AN4997：PolarFire FPGA 建構 Mi-V 處理器子系統。 .hex file 建置成功後創建，用於運行演示中的設計和記憶體初始化配置。
設定演示（提出問題）
若要設定演示，請執行下列步驟：
- 設置硬件
- 設定串行終端 (Tera Term)
設定硬體（提出問題）
重要：如果啟用系統控制器掛起模式，則使用 SoftConsole 偵錯器進行 Mi-V 應用程式偵錯將無法運作。此設計禁用系統控制器掛起模式以演示 Mi-V 應用。
若要設定硬件，請執行下列步驟：
- 使用 SW7 開關關閉電路板電源。
- 開啟 J31 跳線以使用外部 FlashPro 程式設計器或關閉 J31 跳線以使用嵌入式 FlashPro 程式設計器。
重要提示：嵌入式 Flash Pro 編程器只能用於透過 Libero 或 FPExpress 進行編程，不能用於調試基於 Mi-V 的應用程式。 - 使用 USB 電纜將主機 PC 連接到 J24 連接器。
- 若要啟用 SC_SPI，應閉合跳線 J1 的 2-8 腳。
- 將 FlashPro 程式設計器連接到 J3 連接器 (JTAG 頭）並使用另一條 USB 連接線將 FlashPro 編程器連接到主機 PC。
- 確保自動偵測到 USB 轉 UART 橋接驅動程序，這可以透過主機 PC 上的裝置管理員進行驗證。
重要：如圖 6-1 所示，COM16 的連接埠屬性顯示其連接的是 USB 串列埠。因此，本例中選擇COM16amp勒。 COM 連接埠號碼是系統特定的。如果未安裝 USB 轉 UART 橋接驅動程序，請從以下位置下載並安裝驅動程式： www.microchip.com/en-us/product/mcp2200. - 將電源連接至 J19 連接器並使用開關 SW7 開啟電源。
設定串行終端 (Tera Term)（提問）
用戶應用程式（MiV_uart_blinky.hex file）印刷“Hello World！”透過UART介面在串行終端上發送訊息。
若要設定串行終端，請執行下列步驟：
- 在主機 PC 上啟動 Tera Term。
- 在 Tera Term 中選擇識別的 COM 端口，如下圖所示。
- 從功能表列中，選擇設定 > 序列埠以設定 COM 連接埠。
- 將“速度（波特）”設為 115200，將“流量控制”設為“無”，然後按一下“新設定”選項，如下圖所示。
設定串行終端後，下一步是對 RT PolarFire® 設備進行程式設計。
運行演示（提出問題）
若要執行演示，請執行以下步驟：
- 生成TCM初始化客戶端
- 對 RT PolarFire® 設備進行編程
- 產生 SPI 快閃記憶體映像
- 編程 SPI 閃存
產生TCM初始化客戶端（提問）
若要使用系統控制器初始化 RT PolarFire® 中的 TCM，miv_rv0_subsys_pkg.v 中的本機參數 l_cfg_hard_tcm32_en file 必須在綜合前更改為 1'b1。有關更多信息，請參閱《MIV_RV32 使用者指南》。
在 Libero® SoC 中，配置設計初始化資料和記憶體選項產生 TCM 初始化用戶端，並根據所選非揮發性記憶體的類型將其新增至 sNVM、μPROM 或外部 SPI 快閃記憶體。在本應用筆記中，TCM 初始化用戶端儲存在 SPI Flash 中。此過程需要用戶應用程式可執行 file (.hex file）。十六進位 file (*.hex) 使用 SoftConsole 應用程式專案產生。作為amp用戶應用程式與設計一起提供 files。使用者應用程式 file 選擇（.hex）來使用以下步驟建立TCM初始化客戶端：
- 啟動 Libero® SoC 並執行 script.tcl（附錄 2：執行 TCL 腳本）。
- 選擇配置設計初始化資料和記憶體 > Libero 設計流程。
- 在「Fabric RAMs」頁籤中，選擇TCM實例並雙擊，開啟「編輯Fabric RAM初始化客戶端」對話框，如下圖所示。
在「編輯Fabric RAM初始化客戶端」對話方塊中，將「儲存類型」設定為「SPI-Flash」。然後，選擇內容來自 file 然後點選「導入」(...) 按鈕，如下圖所示。
對 RT PolarFire 設備進行程式設計（提問）
- 參考設計 file包括使用 Libero® SoC 建立的 Mi-V 處理器子系統專案。 RT PolarFire® 設備可以使用 Libero SoC 進行程式設計。
- Libero SoC設計流程如下圖所示。
若要對 RT PolarFire 裝置進行編程，請開啟 Mi-V 處理器子系統 Libero 專案（該專案是使用 Libero SoC 中提供的 TCL 腳本建立的），然後雙擊 Run Program Action 。
產生 SPI 快閃記憶體映像（提出問題）
- 若要產生 SPI 快閃記憶體映像，請雙擊設計流程標籤上的產生 SPI 快閃記憶體映像。
- 成功產生 SPI Flash 映像後，Generate SPI Flash Image 旁邊會出現綠色勾號。
對 SPI 快閃記憶體進行程式設計（提問）
若要對 SPI 快閃記憶體映像進行編程，請執行下列步驟：
- 雙擊「設計流程」標籤上的「運行 PROGRAM_SPI_IMAGE」。
- 在對話框中按一下“是”。
- 當 SPI 映像成功編程到裝置上時，「執行 PROGRAM_SPI_IMAGE」旁邊會出現一個綠色勾號。
- SPI Flash 程式完成後，TCM 就緒。此時，LED 1、2、3、4 閃爍，然後在串列埠終端上觀察到列印結果，如下圖所示。
演示到此結束。
RT PolarFire® 裝置和 SPI 快閃記憶體也可以使用 FlashPro Express 進行編程，請參閱附錄 1：使用 FlashPro Express 對 RT PolarFire 裝置和 SPI 快閃記憶體進行編程。
附錄 1：使用 FlashPro Express 對 RT PolarFire 裝置和 SPI 快閃記憶體進行程式設計（提問）
參考設計 file包括程式設計工作 file 用於使用 FlashPro Express 對 RT PolarFire® 設備進行程式設計。這個工作 file 還包括SPI Flash鏡像，它是TCM初始化客戶端。 FlashPro Express 使用此編程 .job 對 RT PolarFire 裝置和 SPI 快閃記憶體進行編程 file。程式設計工作 file 可以在設計中找到Files_目錄\程式設計_files.
使用編程器對 RT PolarFire 設備進行編程 file 使用 FlashPro Express，執行下列步驟：
- 設定硬件，請參閱設定硬體。
- 在主機 PC 上，啟動 FlashPro Express 軟件。
- 若要建立新作業項目，請按一下「新建」或從「項目」功能表中選擇「FlashPro Express 作業中的新作業項目」。
- 在對話框中輸入以下內容：
- 編程工作 file：點擊「瀏覽」並導航到 .job 所在的位置 file 位於並選擇 file。工作 file 可以在設計中找到Files_目錄\程式設計_files.
- FlashPro Express 作業項目位置：單擊瀏覽並導航到要保存項目的位置。
- 單擊確定。 所需的編程 file 已選擇並準備好進行程式設計。
- FlashPro Express 視窗如下圖所示。確認程式設計師編號出現在程式設計師欄位中。如果沒有，請檢查板連接並按一下「刷新/重新掃描編程器」。
- 單擊運行。 當設備燒錄成功後，會顯示 RUN PASSED 狀態，如下圖所示。
RT PolarFire 裝置和 SPI 快閃記憶體程式設計到此結束。對電路板進行程式設計後，觀察“Hello World!” UART 終端機上列印的訊息以及使用者 LED 的閃爍。
附錄2：執行TCL腳本（提問）
設計中提供TCL腳本 fileHW 目錄下的 s 資料夾。如果需要，可以重現從設計實施到生成作業的設計流程 file.
若要執行 TCL，請執行下列步驟：
- 啟動自由人軟件。
- 選擇項目 > 執行腳本…..
- 按一下瀏覽並從下載的 HW 目錄中選擇 script.tcl。
- 單擊運行。
成功執行 TCL 腳本後，將在 HW 目錄中建立 Libero 專案。
- 有關 TCL 腳本的更多信息，請參閱 rtpf_an4229_df/HW/TCL_Script_readme.txt。有關 TCL 命令的更多信息，請參閱 Tcl 命令參考指南。聯絡微芯科技
- 對執行 TCL 腳本時遇到的任何疑問提供技術支援。
修訂歷史（提問）
修訂歷史表描述了文檔中實施的更改。 更改按修訂列出，從最新的出版物開始。
表 10-1。 修訂記錄
| 修訂 | 日期 | 描述 |
| B | 10/2024 | 以下是該文件修訂版 B 中所做的變更清單：
|
| A | 10/2021 | 本文檔的首次發布 |
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Microchip 名稱和徽標、Microchip 徽標、Adaptec、AVR、AVR 徽標、AVR Freaks、BesTime、BitCloud、CryptoMemory、CryptoRF、dsPIC、flexPWR、HELDO、IGLOO、JukeBlox、KeeLoq、Kleer、LANCheck、LinkMD、maXStylus、maXTouch、 MediaLB、megaAVR、Microsemi、Microsemi 標誌、MOST、MOST 標誌、MPLAB、OptoLyzer、PIC、picoPower、PICSTART、PIC32 標誌、PolarFire、Prochip Designer、QTouch、SAM-BA、SenGenuity、SpyNIC、SST、SST 標誌、SuperFlash、Symmetricom 、SyncServer、Tachyon、TimeSource、tinyAVR、UNI/O、Vectron 和 XMEGA 是 Microchip Technology Incorporated 在美國和其他國家/地區的註冊商標。
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應用說明
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文件/資源
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MICROCHIP AN4229 Risc V 處理器子系統 [pdf] 使用者指南 AN4229、AN4229 Risc V 處理器子系統、AN4229、Risc V 處理器子系統、處理器子系統、子系統 |
