【【手把手教你实现Risc-V装载至FPGA】】

RiscV实现教程
参考来源
tinyriscv: https://gitee.com/liangkangnan/tinyriscv
平台实现： Linux ubuntu 实现介绍

在这里插入图片描述

环境：需要 iverilog (切换到 v11或以上的版本）
1.下载iverilog源码

git clone https://github.com/steveicarus/iverilog.git

2.切换到v11分支(必须用V11或以上的版本)

git checkout v11-branch

3.安装依赖

sudo apt-get install autoconf gperf flex bison build-essential

在这里插入图片描述

4.编译、安装iverilog和vvp

sh autoconf.sh
./configure
make
make i
nstall

5.创建python软链接

sudo ln -s /usr/bin/python3.8 /usr/bin/python

其中/usr/bin/python3.8对应你实际安装的python版本。
在这里插入图片描述

这是大概的环境实现教程我记得在 python 软连接上面需要注意，我pyhton下载的有 2 3 版本，但是内部链接的是2 所以需要先进入管理员模式把 python 2 的软连接删除再进行重新链接新的3系列软连接
注意！！！一定要确认python 软连接是否正确不然会在下面的验证中出错

6.安装gtkwave

sudo apt-get install gtkwave

7.安装GNU工具链
可以从百度网盘下载(链接：https://pan.baidu.com/s/10uLZYf_cgtH94kZI_N6JhQ 提取码：uk0w)或者自行下载其他版本的，下载后解压到tools目录下。
最后，需要确认tests/example/common.mk文件里的这几行内容要与你安装的工具链对应得上。
我建议是百度网盘下载嘿嘿

然后用git把工程拉近linux 下 git clone https://gitee.com/liangkangnan/tinyriscv.git

进入之后，进入文件夹的sim下列
在终端执行 python .\sim_new_nowave.py ..\tests\isa\generated\rv32ui-p-add.bin inst.data
会出现大大的pass
指令的全部测试输入 python ./test_all_isa.py

下面进入 C语言的运行
进入 tests\example 下的文件夹的simple
其实后面的gpio uart_rx uart_tx 都是写好的c程序这次我们在linux上只实现 simple 的测试

因为已经有Makefile文件了我们现在进入在终端输入make 发现可能会报错
是因为
在这里插入图片描述

第一行是我们把下载的工具链放在哪里了
在这里插入图片描述

后面是修改工具链的来源

1
2 RISCV_PATH := $(TOOLCHAIN_DIR)/tools/riscv64-unknown-elf-gcc-8.3.0-2020.04.0    -x86_64-linux-ubuntu14/
3
4 RISCV_GCC     := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-gcc)
5 RISCV_AS      := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-as)
6 RISCV_GXX     := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-g++)
7 RISCV_OBJDUMP := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-objdump)
8 RISCV_GDB     := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-gdb)
9 RISCV_AR      := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-ar)
10 RISCV_OBJCOPY := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-objcopy)
11 RISCV_READELF := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-readelf)
12
13 .PHONY: all
14 all: $(TARGET)
15
16 ASM_SRCS += $(COMMON_DIR)/start.S
17 ASM_SRCS += $(COMMON_DIR)/trap_entry.S
18 C_SRCS += $(COMMON_DIR)/init.c
19 C_SRCS += $(COMMON_DIR)/trap_handler.c
20 C_SRCS += $(COMMON_DIR)/lib/utils.c
21 C_SRCS += $(COMMON_DIR)/lib/xprintf.c
22 C_SRCS += $(COMMON_DIR)/lib/uart.c
<inyriscv/tests/example(复件)/common.mk" 57L, 1929C           1,0-1        顶端

修改之后再make就完成了
编译得到bin文件再在 sim 目录里输入
python .\sim_new_nowave.py ..\tests\example\simple\simple.bin inst.data 即可
注意在Linux 下运行把这样的下划线改成/
最后出来的成功图片是pass
在这里插入图片描述

注意点：运行的时候确保自己的python的软链接无误
生成的.vcd文件我们可以通过GTKWave来打开

在这里插入图片描述

移植到FPGA
移植到FPGA 需要购买一个下载器
CMSIS-DAP 用的是 jtag 的形式
我购买的是 UART下载的方式
【淘宝】https://m.tb.cn/h.5pXZXZh3DoyfPAx?tk=OvF8W6t8xN8 CZ0001 「usb转ttl usb转串口下载线ch340g模块rs232升级板刷机线板PL2303」
点击链接直接打开或者淘宝搜索直接打开
我买的是那个8.52元的土豪金版本
其实下载到无所谓但是RISC V仅支持JTAG调试调试还是换JTAG吧
移植的板卡型号是正点原子达芬奇开发板——Xilinx A7系列 xc7a35tfgg484-2—vivado使用的是2019.1

在执行前将整个rtl文件夹拉入 file中
在这里插入图片描述

最重要的是板卡不同的管脚约束问题
我们移植到的达芬奇开发板LED必须输出高电平才能点亮LED灯，在源码中over等三个我们将其绑定至LED灯上
而TinyRisc-V的LED灯是低电平所以我们需要修改源码，将其变为高电平。
在顶层里修改
在这里插入图片描述

修改之后使其能够正常点灯
在这里插入图片描述

接下来修改串口tx和 rx信号引脚绑定
这里想要说明的是其实绝大部分都可以绑定空的引脚，但是一定要绑定，不绑定过不了验证。我们想要实现某些功能，让它表现出来，最好的办法就是输出在LED灯上。
由于达芬奇开发板没有拨码和自锁开关，并且未按下时按键端口输出高电平，按下时输出低电平。因为这里是高电位启动，所以我们需要修改代码，绑定至key0

在这里插入图片描述

修改后为
在这里插入图片描述

uart_tx_pin 与 uart_rx_pin 绑定至任意管脚无需修改

AB6           V7


GPIO[0] 接入  F16
 GPIO[1]  接入 F15

jtag_TCK     AA8
jtag_TMS   AB8
jtag_TDI     Y7
jtag_TDO   Y8
spi_miso  F14
spi_mosi   F13
spi_ss     E13
spi_clk  E14

下面展示完整的管脚约束

# 时钟约束50MHz，占空比50%
create_clock -add -name sys_clk_pin -period 20.00 -waveform {0 10} [get_ports {clk}];

# 时钟引脚
set_property -dict { PACKAGE_PIN R4 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {clk}]; 

# 复位引脚
set_property -dict { PACKAGE_PIN U2 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {rst}]; 

# 程序执行完毕指示引脚，over 为1时有效，点亮led0
set_property -dict { PACKAGE_PIN R2 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {over}]; 

# 程序执行成功指示引脚，succ 为1时有效，点亮led1
set_property -dict { PACKAGE_PIN R3 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {succ}]; 

# CPU停住指示引脚,halted_ind 为1时有效，点亮led2
set_property -dict { PACKAGE_PIN V2 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {halted_ind}]; 

# 串口下载使能引脚,由于没有拨码开关和自锁开关，所以绑定到key0上，key0按住不放时才使能串口下载
set_property -dict { PACKAGE_PIN T1 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {uart_debug_pin}]; 

# 串口发送引脚
set_property -dict { PACKAGE_PIN AB6 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {uart_tx_pin}]; 

# 串口接收引脚
set_property -dict { PACKAGE_PIN V7 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {uart_rx_pin}]; 

# GPIO0引脚
set_property -dict { PACKAGE_PIN F16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {gpio[0]}]; 

# GPIO1引脚
set_property -dict { PACKAGE_PIN F15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {gpio[1]}]; 

# JTAG TCK引脚  PortA 0
set_property -dict { PACKAGE_PIN AA8 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {jtag_TCK}]; 

create_clock -name jtag_clk_pin -period 300 [get_ports {jtag_TCK}];
set_property CLOCK_DEDICATED_ROUTE FALSE [get_nets jtag_TCK]


# JTAG TMS引脚 PortA 3
set_property -dict { PACKAGE_PIN AB8 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports jtag_TMS]; 

# JTAG TDI引脚 PortA 1
set_property -dict { PACKAGE_PIN Y7 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {jtag_TDI}]; 

# JTAG TDO引脚 PortA 2
set_property -dict { PACKAGE_PIN Y8 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports jtag_TDO]; 

# SPI MISO引脚
set_property -dict { PACKAGE_PIN F14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {spi_miso}]; 

# SPI MOSI引脚
set_property -dict { PACKAGE_PIN F13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {spi_mosi}]; 

# SPI SS引脚
set_property -dict { PACKAGE_PIN E13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {spi_ss}]; 

# SPI CLK引脚
set_property -dict { PACKAGE_PIN E14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {spi_clk}]; 

#SPI 相关设置
set_property BITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH 4 [current_design]
set_property CONFIG_MODE SPIx4 [current_design]
set_property BITSTREAM.CONFIG.CONFIGRATE 50 [current_design]
set_property CFGBVS VCCO [current_design]
set_property CONFIG_VOLTAGE 3.3 [current_design]
set_property BITSTREAM.CONFIG.UNUSEDPIN PULLUP [current_design]

因为我仅仅在windows上运行
所以我只安装了python 环境用脚本驱动在linux下编译
首先
回到unbuntu 打开 tests/example 做一个串口发送的实验
在uart_tx下 make 其实最好修改一下main.c 让它一直跑不然看不太到实验效果
在这里插入图片描述

make得到bin 文件
在这里插入图片描述

我会把bin文件复制到 windows下嘿嘿
接下来
打开windows自带的powershell
进入存放这个工程包tools的地方我们要启动 python脚本了
因为tools下有 python的脚本
在这里插入图片描述

然后运行
python .\tinyriscv_fw_downloader.py COM3 D:\Competition\Data\TinyRisc-v\bin\uart_tx.bin
python tinyriscv_fw_downloader.py 串口号 bin文件
COM3是连接的串口号后面是bin存放地方
打开串口助手会看到hello world 一直在发送
实验完成
成功标志如下所示
在这里插入图片描述