差别

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--- reindeer_step [2019/04/10 09:22]
jingjing
+++ reindeer_step [2019/05/10 12:01] (当前版本)
gongyu
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-==== 在小脚丫FPGA板上玩开源农场（FARM）——FPGA+Arduino+RISC-V+Make ====
+#### 在小脚丫FPGA板上玩转开源农场（FARM）FPGA+Arduino+RISC-V+Make
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-经过美国PulseRain公司Changyi Gu先生与小脚丫团队的不懈努力，在小脚丫CYC10开发板上成功移植了PulseRain Reindeer RISC-V 软核，并且开发了配套Arduino IDE的板子支持包，使得用户可以通过Arduino开发环境直接对嵌入到FPGA中的RISC-V软核进行编程。说到这种FPGA+Arduino+软核CPU的开发方式，是不是有种似曾相识的感觉，不错，之前我们就在STEP MAX10开发板上移植过PulseRain Technology的8051软核FT51-1T（[[fpga项目_使用arduino玩转fpga|使用Arduino玩转FPGA]]），采用的正是这种嵌入式开发方式。
+经过美国PulseRain Technology与小脚丫团队的不懈努力，在小脚丫Cyclone10开发板上成功移植了PulseRain Reindeer RISC-V 软核，并且开发了配套Arduino IDE的板子支持包，使得用户可以通过Arduino开发环境直接对嵌入到FPGA中的RISC-V软核进行编程。说到这种FPGA+Arduino+软核CPU的开发方式，是不是有种似曾相识的感觉，不错，之前我们就在STEP MAX10开发板上移植过PulseRain Technology的8051软核FT51-1T（[[fpga项目_使用arduino玩转fpga|使用Arduino玩转FPGA]]），采用的正是这种嵌入式开发方式。
 FPGA优秀的性价比和灵活性；开源硬件Arduino及其丰富的软件库；开源的编译器和工具链GNU；再加上如今热度空前的开源处理器RISC-V，形成了一种灵活快速的新型嵌入式开发方式FRAM: FPGA+Arduino+RISC-V+Make。
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 在Changyi Gu即将出版的新书《基于FPGA与RISC-V的嵌入式系统设计》中将会详细讨论FRAM这一新型的嵌入式开发方式，敬请期待。
-本次移植的RISC-V软核是由Changyi Gu主持设计的 PulseRain Reindeer 处理器内核，该软核在2018年由RISC-V 基金会官方举办的全球 Soft CPU 设计大赛中脱颖而出，荣获季军 ([[https://riscv.org/2018/10/risc-v-contest/|RISC-V SoftCPU Contest]])。PulseRain Reindeer是一个Von Neumann架构的软CPU，支持RISC-V RV32I [M]指令集，并具有2 x 2流水线架构，是综合平衡了速度和面积的结果，为所有FPGA平台上的软CPU提供了灵活的选择（参考[[https://github.com/PulseRain/Reindeer|RISCV RV32I[M] Soft CPU]]）。
+本次移植的RISC-V软核是由Changyi Gu主持设计的 PulseRain Reindeer 处理器内核，该软核在2018年由RISC-V 基金会官方举办的全球 Soft CPU 设计大赛中脱颖而出，荣获季军 ([[https://riscv.org/2018/10/risc-v-contest/|RISC-V SoftCPU Contest]])。PulseRain Reindeer是一个Von Neumann架构的软CPU，支持RISC-V RV32I [M]指令集，并具有2 x 2流水线架构，是综合平衡了速度和面积的结果，为所有FPGA平台上的软CPU提供了灵活的选择。Pulserain公司特别将该处理器为小脚丫实验平台做了升级改进，可以同时支持DRAM和FPGA片上BRAM，还对外部中断做了更好的支持。（参考源码[[https://github.com/PulseRain/Reindeer_Step|RISC-V Reindeer_Step Soft CPU]]）。
 下面我们就在小脚丫CYC10 FPGA开发板上玩一把开源FRAM。
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   * 下载程序到开发板并运行
-**步骤1：获取PulseRain Reindeer_Step MCU软核**\\
+**步骤1：获取PulseRain Reindeer_Step MCU软核**
 本次移植的是在PulseRain Reindeer处理器内核基础上，改进的Reindeer_Step软核，该软核根据STEP CYC10开发板的特点做了如下改进：
-  * 增加了SDRAM控制器，以利用板上的8M动态内存作为代码和数据内存
+  * 增加了SDRAM控制器，以利用板上的8M动态内存作为代码和数据内存。
   * 增加了对板上硬件资源的支持，如目前增加了UART外设和GPIO外设，并持续更新中。
-  * 开发了相关的Arduino Support Package，使得用户可以通过Arduino开发环境来直接对软核处理器编程
+  * 开发了相关的Arduino Support Package，使得用户可以通过Arduino开发环境来直接对软核处理器编程。
 {{ :pulserain_reindeer_step_mcu软核结构.png?nolink&700 |}}
 Reindeer_Step的源代码已经开源在Github上，你可用如下的命令得到代码 ：
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 注意init和recursive前面是两个 - ，更新所有的submodules\\ （注意该软件遵循GNU通用公共许可证协议）
-步骤2：配置软核到STEP-CYC10 FPGA开发板\\ 直接从GitHub上clone的项目已默认编译出sof文件，编译后资源占用情况如下图所示：
+**步骤2：配置软核到STEP-CYC10 FPGA开发板**
+直接从GitHub上clone的项目已默认编译出sof文件，编译后资源占用情况如下图所示：
 {{ :pulserain_reindeer_step_mcu软核编译报告.png?nolink&500 |}}
 使用Micro USB数据线连接PC和开发板后，使用Quartus Prime软件可以直接下载到FPGA。但是sof文件是下载到FPGA的SRAM，掉电会丢失，在CYC10上板载了一块SPI Flash，我们可以将sof文件转换为jic文件，通过JTAG下载到Flash中，每次上电时FPGA会将配置数据读取到SRAM中运行。
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 如果不熟悉Quartus prime的使用可以先学习这里的上手教程quartus_prime的使用。\\ 如果不熟悉FPGA的开发可以先学习我们的FPGA入门教程。
-步骤3：Arduino IDE安装板卡支持包\\ Arduino IDE可以支持第三方板子的开发，但是需要安装第三方板卡的支持包。
+**步骤3：Arduino IDE安装板卡支持包**
+Arduino IDE可以支持第三方板子的开发，但是需要安装第三方板卡的支持包。
 打开Arduino IDE，打开 文件——首选项——附加开发板管理器网址，添加如下链接: **https://github.com/PulseRain/Arduino_RISCV_IDE/raw/master/package_pulserain.com_index.json**，确定后，打开 工具——开发板——开发板管理器，在搜索框中输入REINDEER，安装PACKAGE, 目前是1.1.5 版本。
 {{ :安装板子支持包.png?nolink&500 |}}
 下载安装完成后在板卡管理器中有STEP CYC10 Board这个选项。
-步骤4：在Arduino IDE中开发应用程序\\ 在Arduino IDE 工具一栏，选择开发板为STEP CYC10 Board，下面我们可以开始开发自己的应用程序了，这里我们编写一段应用程序实现[[reindeer_step_arduino_app1|流水灯和串口打印]]的功能：
+**步骤4：在Arduino IDE中开发应用程序**
+在Arduino IDE 工具一栏，选择开发板为STEP CYC10 Board，下面我们可以开始开发自己的应用程序了，这里我们编写一段应用程序实现[[reindeer_step_arduino_app1|流水灯和串口打印]]的功能：
 点击Arduino IDE的验证✔选项开始编译，程序编译结果会在下面的信息栏中给出。
 这里建议用户在Preferences对话框 (菜单File / Preferences) 中打开“Show Verbose Output”选项，这样信息栏中会给出详细的编译结果。
+{{ :程序编译报告.png?nolink&500 |}}
+**步骤5：下载程序到开发板并运行**
+Arduino开发板之所以能够使用串口实现一键下载，是因为在主控制器内部有Bootloader，而在我们的软核内部没有使用软件bootloader，而是在软核中嵌入了OCD (onchip debugger)模块，相当于MCU内部的硬件BOOT模块，通过外接串口同样可以实现串口一键下载。
+{{ :程序下载内部结构图.png?nolink&500 |}}
+STEP CYC10板载了一片USB转串口芯片CP2102，通过Micro USB数据线连接到PC USB口，在设备管理器中会出现一个端口号，如COM4
+在Arduino IDE中选择工具——端口，选择对应的端口号。在工具——编程器一栏选择编程器为USBasp。 点击上传按钮⇒，软件会对程序编译后下载到板子。
+{{ :程序上传报告.png?nolink&500 |}}
+=== 结果演示 ===
+演示效果如下：
+打开串口监视器波特率为115200，可以看到不断打印累加数字，板子上的LED呈现流水灯模式。
+{{ :演示效果.jpg?nolink&500 |}}
+更多外设支持正在持续不断的开发中，接下来也会推出更多好玩的Demo。