[系统相关] 【Altera SoC体验之旅】+系统加载启动讨论

这里主要是讨论和验证一下Altera的SOC FPGA的启动方面的特点或者是优势。因为我以前做过FPGA和飞思卡尔的CPU，所以对启动，知道是很头疼的问题。尤其是对于把FPGA当CPU的外设，其BSP的改动还是比较费心思的。当然照着已经开发好的硬件板子和开发好的preload而言，用不着考虑启动的问题。而对于以后的开发，如果不了解启动问题，非常非常难的后续开发。当然这是对于硬件工程师和系统工程师而言的，对于APP的开发人员，没有什么意义。 Altera的SOC是一个ARM-9的HPS和一个Altera的FPGA的合体。因此对于SOC的FPGA的启动，显得非常的灵活多变，而且Altera在启动方面做了很多对于用户方便的地方。 对于FPGA的配置启动，对于大多数做过FPGA的人来说应该非常熟悉，PS,AS,JTAG,FPP,CVP等等。各个FPGA厂家都差不多，而且每个厂家的软件都做了很详细的配置和编程时序，用起来也方便，硬件上专门的应用文档都比较清楚。而对于SOC而言，FPGA的配置又多了一个便利的地方，就是通过HPS去配置FPGA，把FPGA的配置文件装载在HPS的preload部分，相当于把FPGA的配置控制放在了CPU中，把FPAG作为HPS的一个外设用。这其中有个最大的好处就是能对FPGA进行动态的加载，也就是说我们可以通过在HPS中的操作系统（比如LINUX）来对FPAG进行动态加载。这个有个非常好的地方就是大多数操作系统包括linux都能动态卸载驱动后重新加载驱动，意思就是可以对FPGA这个外设进行运行过程中的再配置。这对于通过网络远程软件升级带来了很大的便利。在larkboard的板子上就可以按这种方式对FPGA进行配置。本人做了些尝试，虽然过程很艰难，但在embest的帮助下，还是能够简单对FPGA的ADC采样做了一个小例子。 而对于ARM等CPU而言，启动会比较复杂一些，从流程上说，所有的CPU都差不多，都是从ROM开始，这个是CPU启动后的第一件事，CPU的指针会指向这个启动ROM的地址。比如在飞思卡尔的CPU启动中，这个ROM是外置的，因此地址线的定义一定是要把CPU的复位转移地址指向这个ROM的地址上，而SOC中，这个部分固化在芯片内部，这对于硬件上说会省掉一部分ROM或者是EEPROM的成本。而且放在内部，对于外部硬件来说少一个器件，少一个硬件地址连接的麻烦，而且不会出错。而这个ROM启动程序中，一定要做好下一步的地址定义，在SOC中称之谓存放preload部分的地址，而preload相对于BOOT ROM要大很多，所以这个就必须要外置了，也就是开发板中的SD/TF卡，eMMC flash卡。Cyclone器件不支持NAND的preload。我们称之谓第二启动加载,在一般的CPU中叫第二bootloader。通过把把preload中的程序加载到内部RAM中，CPU开始运行这部分程序的时候，这部分程序比较类似于初始化设备地址等，相当于给启动外设的驱动等，这个和通常的BSP比较类似,在SOC中命名为SPL：设置处理器，配置外部存储器控制器和专用外设I/O引脚，允许用户应用程序代码(可以是OS的启动加载程序)从启动源装入到DDR存储器中。在这一阶段，配置处理器和所有处理器专用I/O—因此，OS启动加载程序(例如U-Boot)甚至可以通过外设(例如通过以太网)来装入OS二进制代码。对于开发过CPU的人，这样一类比，就比较容易理解SOC中的各步的含义了。而且这一部分还可以装载FPGA的配置信息，就是说FPGA的配置信息和ARM的HPS的启动可以放在同一个外部flash或者是NAND中，这又是省掉一个外部硬件器件的地方。对于FPAG和ARM CPU分离的设计，这里需要两个FLASH，一个放FPGA的专用配置信息，一个放CPU的第二启动程序，相当于硬件上麻烦一倍。而第三步当然就是启动的操作系统了，内核启动，这个步骤一定是建立在第二步硬件驱动的基础上的。没有底层驱动，何谈操作系统。很多做操作系统的人，对内核的BSP一定熟悉。当然最后一步才是在此基础上的应用软件的开发，这对于软件开发工程师，就是很熟悉的了。 而对于SOC来说，相对于纯的CPU，就是多一个从FPGA启动的便利了。对于以前的开发，曾经做过从FPGA启动CPU的工作，非常的繁琐，而且重要的是要能理解CPU启动中的FPGA能给予正确的时序，FPGA能正确的传输数据，要对CPU的启动理解深刻和非常熟悉，这对于专门做FPGA的人来说很头疼。而在SOC中，这个工作相对于简单一些了，因为硬件上说内部通过QSYS硬件实现FPGA和CPU的HPS-2-FPGA bridge桥接，相当于时序上我们不用考虑那么多，控制上只需要把Preload部分的启动地址改为0xC0000000, corresponding to offset 0就OK。比较以前的分离两部分，要简单容易得多。这是因为altera为客户考虑了曾经遇到的麻烦问题。当然这里有个前提就是FPGA的配置在先，HPS的启动在后，这对于少部分希望HPS先启动的要求不满足。但对于大多数而言还是很ok的。 在Lark Board的板子上，为我们配置了SD/TF卡，eMMC flash卡的启动，没有做FPGA的对HPS的启动。本人需要的是一个软件无线电平台，所以用TF卡和flash卡 启动只是其中的一些方案，而更多的是要适用于熟悉FPGA而不熟悉HPS的同事。因此除了从TF卡启动外，我尝试从FPGA启动HPS。我采用的方法是通过FPGA把启动文件放在FPGA的外部SDRAM中，然后控制FPGA从SDRAM中把文件送给HPS启动。这个过程还在进行中。而实际未来的操作是给FPGA配置一个外部FLASH，把HPS的preload文件放张FPGA的flash中，通过FPGA读取flash内容给HPS启动。在larkboard上貌似没有这样的硬件条件，只有这样做做看了。估计有人觉得是多此一举，其实是因为有些同事就觉得FPGA更熟悉，对CPU/HPS不熟悉，因此FPGA启动HPS比HPS启动FPGA更喜欢而已。 SOC的FPGA是一个新的技术，因此很多东西都还在摸索中，因此进展比较缓慢，但有个平台，方便了不少，参加竞赛只是一种方式，而对于SOC的应用，未来的路还很长，因此这次是一个切入SOC FPGA的一个机会。条条道路通罗马，以前分离的两部分，如果能在一个器件上实现，未尝不是追求价格和利益最大化的一个好的方法呢。 题外话呢，今年公司形式变化，给了很多前所未有的忙的工作，因此对于这次竞赛实在有些愧对初衷...只能说遗憾 本帖最后由 Xidianboy 于 2015-4-19 08:30 编辑

做个preloader也需要DS-5吗？