II在Microblaze上的移植与使用专题(续3)

六、扩展NOR FLASH

赛灵思的Spartan-3E Starter Kit开发板板上载有Intel的16 MByte (128 Mbit) 并行NOR Flash，FLASH的型号为28F128J3，详细地DATA SHEET网上可以找到来参考。在EDK的硬件上我们使用XILINX的XPS Multi-CHannel External Memory Controller（XPS MCH EMC）接口IP来连接FLASH。 如果我们用BSB建立工程的话，选择了Spartan-3E Starter Kit开发板后在下面的步骤里直接钩选FLASH就可以了，这样比较方便。如果是在已有工程的IP Catalog里添加IP，还必须指定引脚的连接情况和PAD位置，具体的PAD位置参考赛灵思的文档UG230：Spartan-3E FPGA Starter Kit Board User Guide的第11章。在XPS界面左边的Project栏下面的Project file的UCF文件内指定管脚，稍为麻烦一下，推荐由第一种方法直接通过BSB建立工程。具体IP核的使用请参考赛灵思文档：XPS Multi-CHannel External Memory Controller Product Specification.pdf。
赛灵思的Spartan-3E Starter Kit开发板上的XC3S500E FPGA支持BPI（Byte Peripheral Interface）配置模式。要实现BPI方式配置，首先要对Spartan-3E Starter Kit开发板J30进行跳线，具体可以参考赛灵思文档UG230：Spartan-3E FPGA Starter Kit Board User Guide第89页的表11-4。选用BPI UP（BPI DOWN）模式，FPGA配置数据应该放在FLASH的低（高）地址空间，这里注意下28F128J3 FLASH有×8（数据总线宽度为8位，这时数据总线高8位没有用，数据放在总线低8位）和×16（数据总线宽度为16位）两种工作模式。配置时应工作在×8模式，配置完成后，我们把它设置为×16模式，这是通过FLASH的BYTE#引脚选择，BYTE#引脚为低电平时为选择×8工作模式，为高电平时为选择×16工作模式。BYTE#引脚是连接到FPGA的LDC2（C17）脚位。配置比特流文件首先通过iMPCT工具转换成MCS文件，具体步骤为：选择Prepare a PROM File后按NEXT，选择Generic Parallel PROM和MCS文件格式，指定生成文件的名字和保存位置按NEXT，在按NEXT后进入选择PROM器件界面，选择PROM大小为16M和Create BPI-Mode PROM后按NEXT选择要转换的BIT文件就可以了。然后我们可以通过赛灵思的PicoBlaze NOR Flash Programmer（）下载到FLASH中，当然我们也可以自己用MicroBlaze处理器编写一个烧写FLASH的工程来下载MCS文件到FLASH，但都不如直接使用来的方便，有兴趣的朋友也可以研究或修改PicoBlaze NOR Flash Programmer工程，里面有PicoBlaze的汇编源程序。
介绍下MicroBlaze工程编译后的目标代码段的组成：
.text: 存放指令代码。
.rodata: 存放只读的变量。
.data：存放带初始值的全局与静态变量
.sdata:：存放小的带初始值的全局与静态变量
.sdata2: 存放小的带初始值的全局与静态变量
.bss: 存放无初始值的全局与静态变量
.sbss: 存放小的无初始值的全局与静态变量
.sbss2: 存放小的带初始值的全局与静态变量
我们准备在NOR FLASH上面直接执行程序，所以要把只读的段（包括.text、.rodata、.sdata2、.sbss2）定义到FLASH地址空间，把其它的段都定义到FPGA片内的BRAM。
下面以一个实际例子来介绍具体步骤：
1．首先按上节的步骤建立一个XPS工程和应用程序，在BSP阶段的外设选择时把FLASH加上，这时系统自动添加了XPS MCH EMC接口IP。
2．我们先把所有段还是放在BRAM内，编译下载后可以看到LED在跑流水灯。
3．配置XPS MCH EMC接口IP用PLB连接到MicroBlaze处理器，无MCH通道，其它为默认。
4．点击XPS界面左边的工程名，在右键弹出菜单里选择Generate Linker Script，在弹出对话框中可以选择段的存放空间，把只读的段.text、.rodata、.sdata2、.sbss2选择到FLASH_C_MEM0_BASEADDR, 其它段选择到ilmb_cntlr_dlmb_ cntlr，然后重新编译工程，产生可执行的链接文件（ELF文件）。
5．把第4步生成的executable.elf拷到工程目录，然后在XPS界面选择Project → Launch EDK Shell，在命令行输入下面命令：
mb-objcopy \
--set-section-flags .text=alloc,readonly,code \
--set-section-flags .init=alloc,readonly,code \
--set-section-flags .fini=alloc,readonly,code \
--set-section-flags .text=alloc,readonly,code \
--set-section-flags .rodata=alloc \
--set-section-flags .sdata=contents \
--set-section-flags .sbbs=contents executable.elf volatile.elf
这可以把在BRAM中的内容存储volatile.elf文件。
再在命令行输入下面命令：
mb-objcopy –O binary -j .text –j .fini –j .init –j rodata –j sdata2 –j .sbss2 executable.elf flash.bin
这可以把在FLASH中的内容存储flash.bin文件。
6.把flash.bin文件烧到FLASH中，这可以通过上面的PicoBlaze NOR Flash Programmer工程用串口下载，也可以用XPS界面选择Device Configuration → Program Flash Memory下载, 注意不用XPS生成BootLoad。
7．把第五步生成的volatile.elf改名为executable.elf覆盖第4步生成的executable.elf文件。
然后用XPS界面选择Device Configuration → Updata Bitstream和Device Configuration → Download Bitstream把BRAM中的内容与FPGA配置数据下载到FPGA。
现在又可以看到LED在跑流水灯了，但明显可以看到速度要慢多了，说明程序是在NOR FLASH上执行的。如果速度要求不高的话，扩展一块NOR FLASH来存储代码与数据已经足够了，否则我们需要再扩展一块RAM，把代码与数据存储在RAM上速度比较快，同时需要一个BOOTLAOD工程用作上电时实现把代码与数据从FLASH上搬移到RAM的功能。
最后提一下，如果BRAM的内容与FPGA配置数据要存储到FLASH上供上电时用BPI方式下载，要注意存储配置数据的地址空间和应用程序的地址空间不能重叠，一个简单的方法是选用BPI DOWN模式，把配置数据放在FLASH最后面的空间，当然我们也可以用分页的方法解决。