将Altera FPGA的sof文件和NIOS II的elf固件合并为一个jic文件以使用Quartus Programmer烧写

将Altera FPGA的sof文件和NIOS II的elf固件合并为一个jic文件以使用Quartus Programmer烧写

我们在学习和调试NIOS II工程的时候，一般都是先使用Quartus II软件中提供的Quartus Programmer来烧写FPGA配置文件（SOF），然后NIOS II EDS中提供的Flash Programmer工具来进行烧写NIOS II的。这对于开发者来说，并没有什么不便，反而因为这种方式的灵活，为开发带了了很大的便利。然而，当我们的产品已经设计完成并量产的时候，就需要将固件烧写到产品中。生产线上进行烧录时，总希望能够用最简单的方式实现。试想，如果生产线上在进行烧写时，还需要几个工具换来换去，等待很久，效率自然就下去了。因此这种Quartus Programmer+Flash Programmer的方式并不适合生产。

小梅哥在最近的工作中也遇到了这样的问题。我们新设计的一批开发板，在工厂生产完毕后，都要进行出厂测试。然而SMT厂家却并不熟悉我们的这种Quartus Programmer+Flash Programmer烧写方式。再说了，要使用这种方式还得安装Quartus Programmer和NIOS II EDS软件。厂家表示使用这种方式对他们来说有一定难度，而且效率也不高。所以我就根据Altera 官方网站上的一个帖子，进行了转换，将SOF文件和NIOS II的elf固件合并并生成了一个jic文件，这样，厂家就只需要使用Quartus Programmer来烧写这个jic文件就能实现同时烧写FPGA配置文件和NIOS II固件的功能了，简化步骤，节省时间。

从SOF文件和ELF文件得到JIC文件的原帖地址如下：

https://www.altera.com.cn/support/support-resources/knowledge-base/solutions/rd10132010_126.html

因为有经验不足的朋友反映在看了这个教程后还是不知道怎么操作，总是不成功，因此这里小梅哥使用我们芯航线FPGA的开发板，一步一步演示这个实现过程，将整个过程具体化。

先说明下我这个设计工程的结构：

EPCS16：用来存储FPGA配置文件和NIOS的固件，本例中最终转换得到的JIC文件也是烧写到该器件中。
512K字节SRAM：作为NIOS II运存或者4.3寸TFT显存，这里作为TFT显存。（PS：使用SRAM作为运存，相较于使用SDRAM作为运存，NIOS II的性能会有较大的提升。）
128Mbit SDRAM：作为NIOS II运存或者4.3寸TFT显存，这里作为NIOS II运存。以运行较为复杂的程序或者GUI。
4.3寸TFT：用来显示文字/图片等内容。
XPT2046触摸控制器：使用SPI接口，用来得到触摸屏信息，实现人机交互
CH340 USB2TTL：将UART协议与USB协议进行互相转换。以实现调试的功能。
4bit LED：指示程序运行状态。
2X轻触按键：输入控制信息

介绍完了这个系统，接下来就可以介绍整个转换过程了：

1 sof2flash：

从一个.sof 文件生成一个flash文件：

sof2flash --input=<hwimage>.sof --output=hwimage.flash --epcs –verbose

首先我们打开我们的NIOS II软件工程和对应板级支持包，这里名为tft_touch和tft_touch_bsp

然后选中tft_touch，单击右键选择Nios II -> Nios II Command Shell

我们的Quartus II生产的sof文件名为" TFT_SRAM.sof"，这个时候，如果我们直接输入

sof2flash --input= TFT_SRAM.sof --output=hwimage.flash --epcs –verbose

会提示找不到input file也就是找不到TFT_SRAM.sof文件。

这是因为该命令是在当前目录下寻找TFT_SRAM.sof文件，而我们的TFT_SRAM.sof文件在E:\easy_sopc\TFT_SRAM\prj\output_files目录下，因此当然无法找到该文件了。解决这个问题的方法有两种。

第一种，推荐方案。

因为很多不熟悉命令行的朋友在操作时速度慢而且容易出错，因此这里提供一种比较熟悉的方式。首先在windows中，将TFT_SRAM.sof文件从output_files文件夹中拷贝到tft_touch文件夹中：

然后回到命令行窗口再次执行

sof2flash --input= TFT_SRAM.sof --output=hwimage.flash --epcs –verbose命令

（提示：使用键盘上的向上方向键，可以快速切换到之前使用过的命令，这里在切换目录后，连按两次方向上键就应该能找到之前输入的sof2flash命令。）生成过程大约花费10秒钟。生成完成后的截图如下所示：

然后我们输入ls命令就能看到，确实生成了这样一个名为hwimage.flash的文件：

第二种方案：首先在shell中使用cd命令直接将目录切换到sof文件所在目录，也就是E:\easy_sopc\TFT_SRAM\prj\output_files。相应命令为（注意斜线方向）：

cd e:/easy_sopc/TFT_SRAM/prj/output_files

然后再次执行sof2flash命令即可实现。生成完成后的截图如下所示：

然后我们输入ls命令就能看到，确实生成了这样一个名为hwimage.flash的文件：

一般推荐大家使用第一种方式，当然命令行高手除外。

2 elf2flash：

从一个,elf 生成一个flash文件：

elf2flash --input=<elf file>.elf --output=swimage.flash --epcs --after=hwimage.flash --verbose

因为推荐大家使用第一种方式操作，因此这里就按照第一种方式接着讲，相信有能力用命令行方式切换目录的朋友，也不会对其他操作存在问题。

这里我们就只需要直接输入elf2flash命令即可了，命令详细如下：

elf2flash --input=tft_touch.elf --output=swimage.flash --epcs --after=hwimage.flash –verbose

从命令中可以看到，第一步生成的hwimage.flash文件是作为了参数的一部分的，所以这里必须保证hwimage.flash在当前目录下。（第一步中使用推荐的方式，则能够自动保证这一点）。命令执行结果如下：

然后我们输入ls命令，可以看到，在当前文件夹下确实生成了一个名为swimage.flash的文件：

3 flash2hex:

转换.flash文件到.hex文件:直接输入以下命令（注意:altera官网中原帖这个地方命令有误，前后对应不上,原帖为nios2-e…… mysw.flash mysw.hex,应该讲mysw改为swimage）：

nios2-elf-objcopy --input-target srec --output-target ihex swimage.flash swimage.hex

这个命令瞬间执行完成，我们ls下，就能看到当前文件夹下已经生成了一个swimage.hex的文件：

4 Convert Programming Files

在Quartus® II软件中，open File > Convert Programming Files > Set the programming file as JTAG Indirect Configuration File (.jic).

5 选择EPCS

在配置下拉菜单中选择合适大小的EPCS器件（见10步图）

6 命名jic

命名你的输出.jic 文件（见10步图）

7 Add Device

点击Flash Loader的下面，在右边选择Add Device （见10步图）

8 选择FPGA器件

从列表中选择你的FPGA器件（见10步图）

9 Add SOF

点击SOF Data，选择Add File，选择加.sof 文件（见10步图）

10 Add Hex data

点击Add Hex data，选择Relative addressing，选择上面生成的.hex 文件

11 Generate

然后点击Generate生成。生成完成后检查生成的 .map 文件（使用记事本打开）有Page_0在起始地址0x0，.hex文件在Page_0结束地址后的起始地址1

12 烧写

现在在Quartus II Programmer中，选择Add File，选择加.jic 文件。检查Program框，下一步.jic 文件，接着按Start即可。

13 女神镇楼

最后上一张测试图，女神镇楼（话说放这样一张图给客户，客户是不是会觉得特别开心呢）：

如有更多问题，欢迎加入芯航线FPGA技术支持群：472607506

小梅哥

芯航线电子工作室

2016年1月30日星期六