+7 (812) 670-9095
Обратная связьEnglish
Главная → Статьи → Системное ПО → Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры
Полезный совет
Как ввести наименование расчетного счета или исправить сформированное автоматически наименование в «1С:Бухгалтерия 3.0»?Подробнее
Версия для печати

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры

4 апреля 2018

Из любого описания на FPGA известно, что для хранения их конфигураций используются специальные микросхемы – конфигураторы. Например, для Altera Cyclone используются микросхемы EPCS. Ниже схема от типичной макетной платы с кристаллом семейства Cyclone IV. На ней мы видим конфигуратор EPCS16. Всё бы ничего, но традиционно эти конфигураторы достаточно дороги, поэтому хотелось бы использовать что-нибудь подешевле.

В новой статье, которая опубликована на Хабре, наш коллега рассказал, как минимизировать эти траты и побороть ошибку Error (209025): Can't recognize silicon ID for device.




Подробности — в длиннющем тексте ниже. Если же очень интересно, но лень читать так много букв, то можно упростить задачу, посмотрев подробное 20-минутное видео.




Итак, вернёмся к нашей проблеме.

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры

Если повертеть в руках ту самую макетную плату с кристаллом семейства Cyclone IV, то мы увидим очень удивительную вещь.

Вот она, ПЛИСина, а вот конфигурационная ПЗУ:

Конфигурационная ПЗУ


Как ни странно, это никакой не EPCS, а обычная 25-тая флешка. Такие флешки стоят дёшево и продаются достаточно много у кого.

Но, как говорится, не все йогурты одинаково полезны. В частности, наши заказчики на радостях закупили подобные флешки, припаяли на плату и получили глобальную проблему. Заходим в программатор, грузим файл, подготовленный для прошивки, начинаем его прошивать и получаем ошибку:


Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Вот сообщение об ошибке:

Сообщение об ошибке "Не опознан идентификатор устройства"


Error (209025): Can't recognize silicon ID for device 1. A device's silicon ID is different from its JTAG ID. Verify that all cables are securely connected, select a different device, or check the power on the target system. Make sure the device pins are connected and configured correctly.

Не опознан идентификатор устройства. То есть у флешки неизвестный идентификатор с точки зрения квартуса. Конкретно у наших заказчиков были закуплены кристаллы 25P32, которые вообще не поддерживаются в принципе, но в жизни может быть и более приземлённая ситуация. В частности, на фото выше припаяна флешка от ST, а определяется она как MICRON. Китайские продавцы и не такое могут намаркировать, а когда партия закуплена и не работает – что можно сделать?

Я полез на форумы. Все русскоязычные, какие удалось осмотреть, пестрели обсуждениями, у каких поставщиков и что следует брать, чтобы не напороться на подобную проблему. Но в нашем случае никто покупать новую партию не хотел. В англоязычных источниках удалось найти лишь одну статью с решением, но в современной среде Quartus Prime данное решение «в лоб» не сработает. Поэтому мы взялись задокументировать данную проблему для современной среды, на русском языке и в видео формате.

Итак, как вообще программируется ПЗУшина?

В ПЛИС вливается специальная конфигурация, по которой становится возможно по JTAG достукиваться до флешки. И потом, пользуясь этой конфигурацией, мы заливаем данные. Оказывается, можно сделать подобную конфигурацию, которая даст нам доступ к флешке и даст прошить, невзирая на ID, причём при этом не придётся писать ни строчки собственного кода, да и утилиты все будут использоваться из поставки Quartus Prime (либо Qiartus II, кто пользуется старыми версиями среды разработки).


То есть нам предстоит сделать 3 шага:
  1. Сделать конфигурацию, которая достукивается до флешки.
  2. Написать файл, в котором флешка описывается.
  3. Прошить.

Давайте этим и займёмся. Начнём с разработки собственной «прошивки» (она же конфигурация), не написав при этом ни одной строчки своего кода.

Заходим в Quartus:

Quartus


Создаём новый проект:

New Project Wizard

Назовём его, скажем, flasher:

New Project Wizard


Это имя следует запомнить – оно нам ещё понадобится.

Создаём пустой проект, семейство у меня Cyclone IV E, используемый в проекте кристалл вот такой:

New Project Wizard



Так. Заканчиваем создание проекта, нажимаем Finish. Проект создан. Как уже было сказано, мы не пишем ни одной строчки своего кода. Но заставить среду сделать что-то всё-таки нужно. Для этого идем в Tools – Platform Designer.

Вот он загрузился. Конкретно у меня в этой плате кварц на 60 Гц, поэтому я подправлю установки частоты:


Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


То, что я делаю сейчас, мы делаем один раз для платформы. То есть если изготовлена какая-то плата, то вот этот загрузчик будет для нее для любого проекта работать.

Я подготовил кварц – теперь мы ставим процессор. В библиотеке слева находим «Процессоры и Периферия», «Встроенные процессоры» и затем – Nios II Processor:


Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Выбираем его и нажимаем «Добавить».

В открывшемся окне, в свойствах, выбираем Nios II/e, потому что он абсолютно бесплатный и к нему не нужна никакая лицензия.


В открывшемся окне, в свойствах, выбираем Nios II/e


Ошибки сообщают нам, что не настроены вектора. Мы не собираемся ничего программировать для этого процессора. Поэтому вектора мы просто направляем в первое попавшееся место из списка:


Вектора мы просто направляем в первое попавшееся место из списка


Нам очень важно, чтобы у процессора работал модуль JTAG:

Очень важно, чтобы у процессора работал модуль JTAG


После наших манипуляций ошибки ушли.

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


С процессором закончено. Нажимаем Finish и двигаемся дальше.

Теперь мы идём в основные функции. Здесь есть конфигураторы:

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Раскрываем список конфигураторов – ближе к концу находим EPCS-ки – наши конфигураторы:

Раскрываем список конфигураторов – ближе к концу находим EPCS-ки


Всё оставляем по умолчанию:

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Теперь начинаем их связывать. Тактовые сигналы пропускаем на оба модуля, сигнал сброса пропускаем на оба модуля. Сигнал сброса, выходящий из аппаратуры JTAG, – debug_reset_request – мы также пропускаем на оба модуля. Дальше data_master пропускаем на оба модуля. Instruction_master пропускаем только на отладчик. И запрос на прерывания мы также пропускаем:


Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Дальше мы переходим к внешним ножкам – external. Экспортируем их, для чего дважды щелкаем в поле Double-click to export:


Дальше мы переходим к внешним ножкам – external. Экспортируем их, для чего дважды щелкаем в поле Double-click to export

Для простоты назову epcs, чтобы меньше длина была:

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры

Теперь привычным движением руки назначаем базовые адреса:

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры

И назначаем прерывания:

Assign Interrupt Numbers


Автоматически назначенный адрес для нашего flash-контроллера – 0×800 – нам следует запомнить:

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Он нам еще пригодится. А всё остальное, в принципе, само сделалось и будет работать.

Сейчас очень важно, так как мы не собираемся писать ни одной строчки своего кода, чтобы имя процессорной системы совпадало с именем проекта. Проект у нас был flasher.

Сохраняем систему, называем flasher:


Сохраняем систему, называем flasher


Именно тогда у нас топ-модуль будет именно этот процессор, и поэтому нам не придется ничего делать.

Следующий наш шаг:


Generate HDL...

Все оставляем по умолчанию, потому что мы просто пользуемся тем, что уже готово:

Generation


Завершаем:

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Появилось сообщение о том, что нам надо не забыть добавить файл в проект:

Quartus Prime


Давайте добавим. Идём в Project – Add/Remove Files in Project:

Add/Remove Files in Project

Находим наш файл на компьютере.

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Вот он, наш файл flasher с расширением qsys.

файл flasher с расширением qsys


Добавили его:

файл flasher с расширением qsys


Теперь делаем черновую компиляцию:

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры

Она завершилась успешно.

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Теперь, когда она прошла, мы можем назначить выводы. Идем в Pin Planner:

Pin Planner

JTAG-овские ножки нам назначать не надо – мы назначаем ножки флешки. 
 

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Для каждой микросхемы, для каждого корпуса они свои. В принципе, можно смотреть документацию на микросхему или на свою плату. Например, вот у нас двенадцатая ножка DCLK:

omwsmy50cr1ld3dklygkndmpr6y.png


У меня список уже подготовлен – просто вобьём по нему.

Так, epcs_data0, LOCATION: PIN13, epcs_dclk – PIN12, epcs_sce – PIN8, epcs_sdo – PIN6. И конкретно на плате наших заказчиков тактовая частота PIN24, reset_n – PIN88.


reset_n – PIN88


Ножки назначили. Запускаем компиляцию. Выдаются ошибки:

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Все потому, что я сделал вид, что забыл произвести очень важную настройку. Мы сейчас подключили флешку к служебным линиям. И, по окончании конфигурирования, часть этих линий вообще не доступна, а часть – используется для служебных целей. Поэтому нам выдали сообщения, что у нас конфликт:


Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Чтобы это устранить, идем в Assignments – Device:

Assignments – Device

Device and Pin Options:

Device and Pin Options


Здесь выбираем Dual-Purpose Pins. И все эти линии по окончании программирования мы просим сделать обычными линиями ввода-вывода:

Device and Pin Options



Жмём OK, запускаем компилятор. И всё получилось.

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Итак, первый шаг завершен. У нас получилась конфигурация, через которую мы можем достукиваться до флешки.

Теперь наша задача – сделать файл, с помощью которого система нашу флешку будет опознавать.

Идём во все программы, Intel FPGA (для старых версий это будет Altera), Nios II Command Shell.


Nios II Command Shell


Здесь мы идём в каталог, где мы только что все собрали. При этом не забываем, что слэши тут должны быть не обратные, а прямые, и что результирующий файл flasher.sof лежит в каталоге output_files:


файл flasher.sof лежит в каталоге output_files


Теперь начинаем произносить волшебные заклинания. Итак, нам нужно влить только что сформированную конфигурацию. Для этого мы пишем:

nios2-configure-sof flasher.sof

и нажимаем Enter:

nios2-configure-sof flasher.sof


Файл залился – теперь у нас есть доступ к флешке. Для того, чтобы определить все, что касается доступа к флешке, нам нужно запустить следующую программу:

nios2-flash-programmer --epcs --base=0x800--debug.

где 0x800 – это тот самый адрес, который автоматически назначился на блок epcs и который надо было не забыть.


nios2-flash-programmer --epcs --base=0x800--debug.


Нажимаем Enter:

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры



Что он нам сказал? Он попытался осмотреть ту область, которую мы назвали. И по смещению 0 по адресу 800 не нашёл ничего. По адресу с00 он нашёл то, что нам требуется:


Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Теперь мы запоминаем не просто базовый адрес 800, а конкретный адрес с00 – в дальнейшем работа будет вестись с ним.

Он нашел флешку, ее идентификатор 202016, но сказал, что понятия не имеет, что с ней делать, потому что её не знает.

Вот документация на нашу флешку:


Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры

Её полный идентификатор 202016 – именно его она возвращает в ответ на команду запроса своего кода.

Так что всё правильно – флешка нашлась правильная.

Он нам говорит, что должен быть файл с секцией EPCS-202016.

Замечательно. Изменить – Пометить. Выделяем её имя и берём в буфер обмена.


Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Создаём файл ovr.txt и секцию с именем, которое только что скопировали:

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


В документации на нашу флешку, в разделе Memory Map, мы можем посмотреть, что она состоит из 64 секторов. Каждый сектор имеет размер 64 Кбайт, потому что от 0000 до FFFF.


Memory Map

Поэтому файл с конфигурацией, который мы только что создали, должен выглядеть вот так:

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


64 сектора размером по 64 Кбайта, или 65536 байта, каждый.
Второй шаг готов. У нас имеются файлы flasher.sof и ovr.txt, который содержит конфигурацию флешки.

Переходим к третьему шагу.

Напомню, что рабочий проект был USB16_my. А файл для прошивания назывался Test1.sof. Мы копируем flasher.sof и ovr.txt к нему.

Теперь мы закончили все подготовительные шаги – приступаем к непосредственным боевым действиям. Чтобы подчеркнуть отсутствие связи между подготовкой и работой, я войду в терминал ещё раз, как будто это происходит на следующий день, через неделю, через месяц или через любой срок после завершения подготовки.

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Первое, что нам нужно сделать, это сформировать выходной файл. Потому что файл sof не шьется в ПЗУ – шьется немного другой файл. Для того чтобы его сформировать, мы пишем:


Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Получился файл Test1.flash:

Test1.flash


Теперь, чисто формально, пришёл черёд действий, которые должны делать сборщики плат. В первую очередь, они точно так же должны загрузить наш flasher, то есть:


Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


После чего они должны прошить ПЗУ:

Использование произвольных DataFlash 25-й серии вместо дорогих конфигураторов FPGA Altera без дополнительной аппаратуры


Собственно, на этом всё. Задача решена, флешка прошита – можно ее использовать, даже несмотря на то, что основной путь говорил про несовпадение ID-шников. И совершенно не требуется покупать дорогие конфигураторы или искать, у какого поставщика 25-е флешки имеют совместимые ID. Мы подготовили «прошивальщик» для нашей конкретной платы (и любых других, где стоит такой же кристалл и Reset с генератором подключены к тому же выводу), мы подготовили текстовый файл для конфигуратора, после чего влили «прошивку», пользуясь утилитами, идущими в комплекте поставки штатной среды Quartus Prime (они же шли и со средой Quartus II).


Источник: https://habrahabr.ru/post/352666/


Теги: ПЛИС, FGPA