Rocket-Chip-Rom

这篇是介绍关于rocket-chip rom的内容，也叫bootrom。

bootrom的具体scala代码为：/rocket-chip/src/main/scala/devices/tilelink/BootROM.scala

在rocket-chip功能说明篇中，我生成了一个CPU，我打算按照我的配置，一点一点的说明这些功能是如何使用的，有些功能还会介绍如何修改相应的scala代码。

第一个介绍的是rom，也叫bootrom。我一开始写了rom的代码，想着让CPU从rom中正常启动，然后执行完rom的代码后跳转至sram中的。但在我写好rom的代码后，我发现了一个问题。那就是rocket-chip生成的rom是固化代码的，它是从/rocket-chip/bootrom目录中读取bootrom.img作为rom的原始代码，然后在chisel & firrtl生成代码时，将bootrom.img的内容写入到bootrom模块中。

那么我们的问题是：如何将我们自己写的rom 代码固化在bootrom中?
或者换一个思路：如何让rocket-chip从我们预想的地址中进行初始运行?

针对上面的问题，我想到了三个办法。也都分别做了实验，下面将对这三个办法一一说明。

修改/rocket-chip/bootrom/bootrom.img的内容，让rocket-chip从我们的代码开始运行。
修改rocket-chip的启动地址，让它不再从bootrom中启动，从其他地址进行启动。
修改 /rocket-chip/src/main/scala/devices/tilelink/BootROM.scala的代码，让bootrom中的代码内容可以被自由改写，且能灵活载入。

方法一：
需要修改/rocket-chip/bootrom/bootrom.img的内容，就要知道*.img是什么格式，从什么文件转换过来的。*.img是镜像的格式，可以从二进制文件中转换过来。大家查看/rocket-chip/bootrom/Makefile就能找到转换的命令。

至于二进制文件如何来?二进制文件从elf中来，elf的生成过程可以参考我之前的博客：
https://blog.csdn.net/a_weiming/article/details/89006615
而elf转bin的命令如下：

riscv32-unknown-elf-objcopy XXX.elf -O binary XXX.bin

而bin转img的命令如下：

dd if=XXX.bin of=XXX.img bs=128 count=3

dd指令的详解看这里：https://blog.csdn.net/yanyuan_smartisan/article/details/79543805

到这一步为止，得到了我们自己代码的XXX.img了，下一步就是让rocket-chip吃我们自己的XXX.img。

不修改scala代码的话，就直接命名为bootrom.img，然后覆盖到/rocket-chip/bootrom目录。
修改scala代码的话，可以修改 /home/x/rocket-chip/src/main/scala/subsystem/Configs.scala文件，第42行代码：

case BootROMParams => BootROMParams(contentFileName = "./bootrom/bootrom.img")

修改为：

case BootROMParams => BootROMParams(contentFileName = "./bootrom/XXX.img")

XXX.img就是你自己代码的img文件，然后最后一步就是进入vsim目录，运行make verilog命令生成带有你自己rom代码的RTL。

这是生成后的bootrom模块，我们对一下固化的代码和反汇编的情况。
rom.dump是我生成的反汇编文件，上面的是RTL固化的bootrom.img代码。
因为我采用了支持压缩指令的gcc去编译，所以编译出来的代码是支持16位的压缩代码的。
对比着看，可以看到地址为10000时，32bits的指令为41014081，下一个word的地址为10004，指令为42014181，都是能和反汇编一一对应的。
到这里，我们已经修改完了，可以直接用这份RTL去跑我们的程序了。
至于rom的代码内容是什么?大家可以参照我之前写的program.S
https://blog.csdn.net/a_weiming/article/details/89006615
rom代码就是这个program.S的内容，而rom的main函数中只有一条代码，那就是将PC跳转至0x8000_0000的位置。我设置sram的起始地址就是0x8000_0000。

方法二：
方法二是直接不使用bootrom，将rocket-chip的启动地址直接改为可配置的形式，具体是修改方法可以参考我之前的博客：
https://blog.csdn.net/a_weiming/article/details/93789311
这样修改后，我们就能自由配置rocket-chip的启动地址了，可以直接配置为0x8000_0000，直接从sram中启动，跳过了bootrom的启动过程。

方法三：
首先，我们来分析一下方法一，方法一可行，但每次改bootrom代码，我们都要重新生成bin，再转为img，并再次生成RTL，这个过程相当复杂，相当繁琐，当然你的bootrom code是固定好不再改了，那这种方式还是不错的。至于方法二，也可行，但没有了rom的特性，修改了启动地址后，可以随意指向哪个物理地址，如果指向的物理地址是一个sram，那么就是一个可读可写的空间，而rom的特性就是只读，不能改写，所以本质上还是有差别的。当然你可以在总线上挂一个自己编写的rom，然后将启动地址指向这个rom，这样就能解决这个问题，但额外的工作就是你要自己写一个符合总线协议的rom模块。
基于上面的两个分析，我想了第三个办法，既有rom的只读特性，又能灵活装载测试程序，不用每次都重新生成RTL代码。
方法就是修改 /rocket-chip/src/main/scala/devices/tilelink/BootROM.scala的代码，让bootrom中的代码内容可以被自由改写。修改的内容如下：

  lazy val module = new LazyModuleImp(this) {val contents = contentsDelayedval wrapSize = 1 << log2Ceil(contents.size)require (wrapSize <= size)val (in, edge) = node.in(0)val words = (contents ++ Seq.fill(wrapSize-contents.size)(0.toByte)).grouped(beatBytes).toSeqval bigs = words.map(_.foldRight(BigInt(0)){ case (x,y) => (x.toInt & 0xff) | y << 8})//val rom = Vec(bigs.map(x => UInt(x, width = 8*beatBytes)))//x_modifyval rom = Mem(4096,UInt(32.W))in.d.valid := in.a.validin.a.ready := in.d.readyval index = in.a.bits.address(log2Ceil(wrapSize)-1,log2Ceil(beatBytes))val high = if (wrapSize == size) UInt(0) else in.a.bits.address(log2Ceil(size)-1, log2Ceil(wrapSize))in.d.bits := edge.AccessAck(in.a.bits, Mux(high.orR, UInt(0), rom(index)))// Tie off unused channelsin.b.valid := Bool(false)in.c.ready := Bool(true)in.e.ready := Bool(true)}

我屏蔽了val rom = Vec(bigs.map(x => UInt(x, width = 8*beatBytes)))这一句，这一句是将bootrom.img的内容赋值只向量类型(Vec)。修改后为：val rom = Mem(4096,UInt(32.W))。
将rom的类型声明为存储器的类型(Mem)。就改这一句就可以了，其他都不用改。然后生成出来的代码是这样的：
rom的内容不是之前的那种固化的值，而是变为了reg类型。这样的话，我们就能在TB中对它自由赋值了，这样就能自由改变rom的代码而又不用每次都重新编译RTL。下面是我在TB中赋值的代码。
一条是赋值给sram的，一条是赋值给rom的。

最后我们来看一下rom代码运行的情况。
先看cpu从rom中读代码的总线行为：
cpu读rom的总线是Tilelink，具体的协议大家可以自行去查资料，后面有时间我也可能会出些说明。a接口是cpu->rom的，d接口是rom->cpu的，两个接口都是单向的，a接口是请求数据的，d接口是返回数据的，当然这里只是简单的说明，它们还有更复杂的用法。当a接口的ready&valid有效时，address和size是有效的，而且rom会单拍给出数据，也就是d接口会当拍给出a_address的数据，d接口也是当ready&和valid同时有效时，data输出有效，可以看到输出的数据和上面的反汇编是一致的。
然后我们看cpu读取数据后的运行情况：
可以看到读rom的操作在前，运行代码的操作在后，当读了数据后cpu才开始运行，因为宽度的原因，我不能再放大了，所以只能看到压缩的数据，但不难看出，第一个自行的io_pc为0x10000，而起指令io_inst_0为0x4081。还需要补充的是，io_pc & io_inst_0这两个信号都是在csr模块中的。
最后我们看一下rom代码执行完后，跳转至sram的过程：
首先我们看一下反汇编，在0x10104的指令是0x800007b7，将0x80000这个立即数赋值到a5的通用寄存器中(lui—将高20位的立即数赋值)；在0x10108的指令是0x8782，跳转至寄存器a5中；在0x1010a的指令是0x8082，从main函数中返回(return)，当然这条指令是不会被执行的，因为前一条就是一条跳转指令。
然后再看波形，io_pc 为0x10104和0x10108时，指令是对得上反汇编的。在0x10108后的io_pc变为了0x8000_0000，也就是跳转指令生效了，pc跳转至0x8000_0000这个位置进行执行。

到这里，关于rom的内容已经介绍完毕了，如果觉得还是有用的那就给个赞吧，谢谢。
还有，我尝试过上传方法一和方法三中的RTL，我本来想设置下载的积分为1的，但每次审核后，都会自动改为3了，所以我就不公开下载链接了，如果想要的朋友，可以私下找我，因为后面的一些功能说明也会按照这几份RTL进行说明的。

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