基于安路FPGA的Cortex M0移植

这其实是今年上半年参加集创赛安路科技杯时候做的内容，当时忙着考研复习大概做了个框架参赛，没想到还混到一个分赛区二等奖加一次公费旅游，现在保研后闲着写点博客记录下当时碰上的问题。

软硬件介绍

硬件平台是硬木课堂的安路EG4S20BG256核心板，资源一般够用，在这次赛题里面移植M0加上其他外设绰绰有余；
软件平台使用安路公司的TD软件开发FPGA部分，Keil软件对M0进行编程；

具体移植过程

具体移植过程强烈建议直接看官方教程，十分详细。配合ARM Cortex-M0 权威指南这本书，能更深入理解M0内核架构和各个部分工作原理，后面自己要添加其他外设也不至于不知道怎么去写代码。
Arm Cortex-M0的SoC实现

移植过程中碰上的问题

RAM和ROM资源不足

在 Anlogic 的 EG4S20 系列 FPGA 中，总共有两类 Memory 资源，分别是 Block Memory 与 Distributed Memory。EG4S20BG256芯
片的存储部分包含了：

156 Kbits 分布存储器（Distribute RAM）
1 Mbits 嵌入块存储器（Block RAM 简称 BRAM）包括：
• 64 个 9 Kbits BRAM，可配置为真双口，8Kx1 到 512x18 模式
• 16 个 32 Kbits BRAM，可配置为真双口，可设置为 2Kx16 或 4Kx8

按照官方教程进行移植的时候，分配的RAM、ROM空间都较小（4096*32bit）。但是如果直接在Block_RAM.v代码中对空间大小进行修改， TD软件可能会在综合编译时会报错。这是因为由于此次使用的 FPGA 内部存储器的单个空间较小，TD软件无法自动生成这么大的BRAM资源块。
解决方法大致有：

在TD软件中使用IP核生成大小合适的整块BRAM资源；
先生成小块BRAM块，再使用数据线扩展或者地址线扩展的方法进行扩展。

FPGA 内部 BRAM 资源分为 9Kbits、32Kbits 两种，其中 32Kbits 可具体设置为 2K * 16 或 4K * 8 两种模式。由于 M0 内核使用的数据位宽最长为 32bits，且需要支持 8bits、16bits、24bits、32bits 四种变长数据宽度传输（可以看上面那本书），所以设定的具体 ROM、RAM 扩展方案如下：

使用 32Kbits BRAM 资源块分别生成 4 个 8K*8 配置模式的内存资源模块，每个模块将使用两个 32Kbits BRAM 资源块；
以上 4 个模块进行数据位扩展，组成一个 8K*32 的内存资源模块，即 32KB 的内存空间；
该内存空间深度为 8192，数据位宽为 8K，因为是由 4 个分别的小模块组合而来，还可以支持变长数据宽度传输；

使用以上方案分别构建 ROM、RAM 模块，共使用了 16 个 32Kbits BRAM 资源块，得到的 ROM、RAM 空间大小都为 32KB。

启动文件编写

启动文件这一部分，一开始我是直接抄的教程的代码，能用，但是不是很理解。等到后面引入了中断后，就更加不理解了，感觉写起来很乱。于是突发奇想，去找到STM32某个同样也是M0内核的型号单片机，抄了一份启动文件，按照自己的硬件进行修改后，验证同样能用。
代码如下：

;/**************************************************************************//**
; * @file     startup_CMSDK_CM0.s
; * @brief    CMSIS Cortex-M0 Core Device Startup File for
; *           Device CMSDK_CM0
; * @version  V3.01
; * @date     06. March 2012
; *
; * @note
; * Copyright (C) 2012 ARM Limited. All rights reserved.
; *
; * @par
; * ARM Limited (ARM) is supplying this software for use with Cortex-M
; * processor based microcontrollers.  This file can be freely distributed
; * within development tools that are supporting such ARM based processors.
; *
; * @par
; * THIS SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS".  NO WARRANTIES, WHETHER EXPRESS, IMPLIED
; * OR STATUTORY, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, IMPLIED WARRANTIES OF
; * MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE APPLY TO THIS SOFTWARE.
; * ARM SHALL NOT, IN ANY CIRCUMSTANCES, BE LIABLE FOR SPECIAL, INCIDENTAL, OR
; * CONSEQUENTIAL DAMAGES, FOR ANY REASON WHATSOEVER.
; *
; ******************************************************************************/
;/*
;//-------- <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>> ------------------
;*/; <h> Stack Configuration
;   <o> Stack Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>Stack_Size      EQU     0x00000400AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=4
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp; <h> Heap Configuration
;   <o>  Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>Heap_Size       EQU     0x00000400AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=4
__heap_base
Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
__heap_limitPRESERVE8THUMB; Vector Table Mapped to Address 0 at ResetAREA    RESET, DATA, READONLYEXPORT  __VectorsEXPORT  __Vectors_EndEXPORT  __Vectors_Size__Vectors       DCD     __initial_sp              ; Top of StackDCD     Reset_Handler             ; Reset HandlerDCD     NMI_Handler                ; NMI HandlerDCD     HardFault_Handler         ; Hard Fault HandlerDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     SVC_Handler                  ; SVCall HandlerDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     PendSV_Handler          ; PendSV HandlerDCD     SysTick_Handler             ; SysTick HandlerDCD     UART0_Handler             ; UART_HandlerDCD     SW_Handler                ; SW_HandlerDCD     KEY_Handler               ; KEY_HandlerDCD     ESP_Handler               ; ESP_Handler
__Vectors_End__Vectors_Size  EQU     __Vectors_End - __VectorsAREA    |.text|, CODE, READONLY; Reset HandlerReset_Handler   PROCGLOBAL  Reset_HandlerENTRYIMPORT  __mainLDR     R0, =__mainMOV     R8, R0MOV     R9, R8BX      R0ENDP; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)
NMI_Handler     PROCEXPORT  NMI_Handler               [WEAK]B       .ENDP
HardFault_Handler\PROCEXPORT  HardFault_Handler         [WEAK]B       .ENDP
SVC_Handler     PROCEXPORT  SVC_Handler               [WEAK]B       .ENDP
PendSV_Handler  PROCEXPORT  PendSV_Handler            [WEAK]B       .ENDP
SysTick_Handler PROCEXPORT  SysTick_Handler           [WEAK]B       .ENDPDefault_Handler PROCEXPORT  UART0_Handler             [WEAK]EXPORT  SW_Handler                [WEAK]EXPORT  KEY_Handler               [WEAK]EXPORT  ESP_Handler               [WEAK]
UART0_Handler
SW_Handler
KEY_Handler
ESP_HandlerB       .ENDPALIGN; User Initial Stack & HeapIF      :DEF:__MICROLIBEXPORT  __initial_spEXPORT  __heap_baseEXPORT  __heap_limitELSEIMPORT  __use_two_region_memoryEXPORT  __user_initial_stackheap__user_initial_stackheap LDR     R0, =  Heap_MemLDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)LDR     R3, = Stack_MemBX      LRALIGN ENDIFEND

如果需要新增中断，只需要更改完FPGA硬件后，在下图的地方依葫芦画瓢添加自己的中断名称即可：

KEIL下载算法编写

软硬件都经过仿真验证没问题后，先通过TD软件将FPGA比特流下载到FPGA芯片内，再使用KEIL软件将软核代码下载到M0内核内，整个系统才能正常运作。这个过程中需要一个KEIL下载算法，路径：\KEIL\ARM\Flash\。
1、首先将该文件夹下的例程文件夹复制一份，改成需要的名称；

2、根据自己的硬件flash大小，更改FlashDev.c文件；

struct FlashDevice const FlashDevice  =  {FLASH_DRV_VERS,             // Driver Version, do not modify!"CM0_SoC",                  // Device Name ONCHIP,                     // Device Type0x00000000,                 // Device Start Address0x00008000,                 // Device Size in Bytes (32kB)1024,                       // Programming Page Size0,                          // Reserved, must be 00xFF,                       // Initial Content of Erased Memory100,                        // Program Page Timeout 100 mSec3000,                       // Erase Sector Timeout 3000 mSec// Specify Size and Address of Sectors0x008000, 0x000000,         // Sector Size  32kB (1 Sectors)SECTOR_END
};

3、编写FlashPrg.c文件中的几个函数；

/**************************************************************************//*** @file     FlashPrg.c* @brief    Flash Programming Functions adapted for New Device Flash* @version  V1.0.0* @date     10. January 2018******************************************************************************/
/** Copyright (c) 2010-2018 Arm Limited. All rights reserved.** SPDX-License-Identifier: Apache-2.0** Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the License); you may* not use this file except in compliance with the License.* You may obtain a copy of the License at** www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0** Unless required by applicable law or agreed to in writing, software* distributed under the License is distributed on an AS IS BASIS, WITHOUT* WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.* See the License for the specific language governing permissions and* limitations under the License.*/#include "..\FlashOS.H"        // FlashOS Structures
#include "string.h"/* Mandatory Flash Programming Functions (Called by FlashOS):int Init        (unsigned long adr,   // Initialize Flashunsigned long clk,unsigned long fnc);int UnInit      (unsigned long fnc);  // De-initialize Flashint EraseSector (unsigned long adr);  // Erase Sector Functionint ProgramPage (unsigned long adr,   // Program Page Functionunsigned long sz,unsigned char *buf);Optional  Flash Programming Functions (Called by FlashOS):int BlankCheck  (unsigned long adr,   // Blank Checkunsigned long sz,unsigned char pat);int EraseChip   (void);               // Erase complete Deviceunsigned long Verify      (unsigned long adr,   // Verify Functionunsigned long sz,unsigned char *buf);- BlanckCheck  is necessary if Flash space is not mapped into CPU memory space- Verify       is necessary if Flash space is not mapped into CPU memory space- if EraseChip is not provided than EraseSector for all sectors is called
*//**  Initialize Flash Programming Functions*    Parameter:      adr:  Device Base Address*                    clk:  Clock Frequency (Hz)*                    fnc:  Function Code (1 - Erase, 2 - Program, 3 - Verify)*    Return Value:   0 - OK,  1 - Failed*/int Init (unsigned long adr, unsigned long clk, unsigned long fnc) {/* Add your Code */return (0);                                  // Finished without Errors
}/**  De-Initialize Flash Programming Functions*    Parameter:      fnc:  Function Code (1 - Erase, 2 - Program, 3 - Verify)*    Return Value:   0 - OK,  1 - Failed*/int UnInit (unsigned long fnc) {/* Add your Code */return (0);                                  // Finished without Errors
}/**  Erase complete Flash Memory*    Return Value:   0 - OK,  1 - Failed*/int EraseChip (void) {/* Add your Code */memset((unsigned char *)0, 0, 0x8000);return (0);                                  // Finished without Errors
}/**  Erase Sector in Flash Memory*    Parameter:      adr:  Sector Address*    Return Value:   0 - OK,  1 - Failed*/int EraseSector (unsigned long adr) {/* Add your Code */memset((unsigned char *)adr, 0, 1024);return (0);                                  // Finished without Errors
}/**  Program Page in Flash Memory*    Parameter:      adr:  Page Start Address*                    sz:   Page Size*                    buf:  Page Data*    Return Value:   0 - OK,  1 - Failed*/int ProgramPage (unsigned long adr, unsigned long sz, unsigned char *buf) {/* Add your Code */memcpy((unsigned char *)adr, buf, sz);return (0);                                  // Finished without Errors
}

4、然后执行编译，会在文件夹下生成一个.FLM文件；

改一个名字，然后复制到\KEIL\ARM\Flash\路径下；

5、然后在工程下载器设置中，添加相应的FLM文件即可；

其他

还有啥问题暂时想不起来了，想起来再写。