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原创 FPGA实例：Nios II Flash IDE Flash Programmer

 2010-5-27 20:27  6008 7 7 分类: FPGA/CPLD

Nios II Flash IDE Flash Programmer（Part 1）

（由于单篇字符超过限制分两部分发）

前面已经实现了在SRAM及SDRAM中运行程序的功能，由于这些都是易失性存储器，重新上电后数据会丢失，因此我们有必要将程序代码存入到Flash中，重新上电后从Flash中读取数据并执行。

这里需要说明的是，将程序代码下载到Flash中是通过Nios II IDE中的Flash Programmer实现的。当然Altera公司的User Guide：

ug_nios2_flash_programmer里面非常详细地介绍了其使用方法。

Flash Programmer通过2个过程将数据写入Flash：

1、用Flash编程设计对FPGA进行配置（这个设计是Altera提供的特殊Flash编程设计，也可以是用户自己设计的，此处采用自己的设计）。

2、 Flash Programmer(在PC上运行)将要编程到Flash中的数据传送到FPGA上，通过FPGA将数据写入到Flash中。

第一步中，对FPGA进行配置的设计要包含相应的组件。

好了，为了简单起见，把我实现的Flash编程的过程贴出来，希望对大家有用。

首先当然是要设计出第一步中对FPGA进行配置的系统(也可使用Altera公司提供的特殊Flash编程设计)。但此处我们的目的不仅仅是要将数据下载到Flash中，而是希望我们的Nios系统能够从Flash中读取数据并运行。故我们要实现的Nios系统要包含对Flash操作的组件：Flash Memory（Altera公司已经提供，直接使用即可），另外还需要Avalon-MM Tristate Bridge（SRAM，SDRAM操作时不需要该组件(有的书上说需要)，若选择了该组件而没加入Flash Memory或EPCS Serial Flash Contronller则会报错）：

Tri sate bridge 0/tristate master requires a slave of type avalon tristate.Please add a avalon of type avalon tristate.

另外System ID peripheral是推荐加入的。

还有一点非常重要，一定要指定目标板。不同的电路板往往使用不同的Flash器件，并且Flash与FPGA的引脚连接也不相同。因此每个Flash编程设计都是与具体的目标板相联系的，不能用于其它目标板。

此处我使用的是DE2，在Target Board：中选择DE2_board

如果使用的是用户板（即不属于软件中指定的板子），则用户板的设计者必须创建该板的Flash编程设计提供给用户，关于用户板的Flash编程设计的创建有些复杂，此处不予介绍，请参考相关资料。

我使用的是DE2 + Quartus 6.1 Nios IDE 6.1

Flash 组件设置如下：

定制好后的Nios系统如图所示：

数据存储在Flash中，程序在SDRAM中运行。这样设置后，将程序数据存储到Flash中时，软件会自动加入一段复制引导代码（后面软件工程设置中需将Program Memory（用于运行程序的存储器）指向FLASH以外的存储器，一般指向SDRAM），使得程序执行时总是将Flash中的程序数据复制到SDRAM中，跳动执行。Exception Address即异常向量表一般放在RAM或SDRAM中。

其它设置为默认即可，不需要改动。最后生成硬件系统，分配管脚，编译。自此硬件部分的工作已经完成。

下面进行软件的开发。建立一个新的工程，可以选择空的模板。程序如下：（一个简单的LED灯闪烁程序）

#include "system.h"

#include "altera_avalon_pio_regs.h"

#include "alt_types.h"

int main (void) __attribute__ ((weak, alias ("alt_main")));

int alt_main(void)

{

alt_u8 led="0";

alt_u32 i;

while(1)

{

led="18";

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED_BASE,led);

i="0";

while(i<50000)

{i++;}

led="9";

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED_BASE,led);

i="0";

while(i<50000)

{i++;}

}

return 0;

}

选中工程，右键选中System Library Property 将Program Memory（.text）:选择为SDRAM。Program Memory并不是表示存放程序数据的存储器，而是表示程序运行的存储器，若设为FLASH则表示在FLASH中运行程序，速度会很慢！应该改为SDRAM）

这样，软件编译时会自动生成.flash文件用于下载。

在使用DE2光盘中的DE2_NIOS这个参考设计时，如果前面的Nios系统中Reset Address 指向的是FLASH，Exception Address指向的是SDRAM。而此处的Program Memory 不是使用的FLASH则系统会报错

我使用DE2光盘中的DE2_demonstrations\SOPC_Builder\Reference_Design\DE2_NIOS这个参考设计时，由于没有将的Program Memory 设为cfi_flash_0，编译一个简单的Hello World时都会出错。编译器居然报出了中文“严重”，匪夷所思啊。

**** Build of configuration Debug for project hello_world_0 ****

make -s all

Compiling hello_world.c...

Linking hello_world_0.elf...

Info: (hello_world_0.elf) 204 Bytes program size (code + initialized data).

Info: 8191 KBytes free for stack + heap.

make: d:/program: Command not found

Post-processing to create cfi_flash_0.flash

2010-2-7 13:00:27 - (严重) elf2flash: Read error: File not found: /boot_loader_cfi.srec

2010-2-7 13:00:27 - (严重) elf2flash: Error reading boot copier

2010-2-7 13:00:27 - (严重) elf2flash: Error generating Flash file, exiting

make: *** [cfi_flash_0.flash] Error 5

Build completed in 314.0 seconds

从报错的信息来看，在生成cfi_flash_0.flash时，要加入引导复制程序：boot_loader_cfi.srec （Reset Addresses指向FLASH，而后面设置的Program Memory不是指向FLASH时，系统就会自动在生成的可执行文件前加引导复制程序）但没有找到该文件，导致报错。

其实就是路径不对（这个参考设计是在其他PC机上生成的，软件的版本与安装路径与本机都不尽相同），比较保险的办法是，打开SOPC Builder将Nios系统重新生成一遍，更新后将硬件系统重新编译。

按照前面的设置编译完成后，像以前在Onchip-Memory、SRAM、SDRAM中使用Run As Hardware时，程序也能够运行，但是复位后程序将不能执行（即 Run As Hardware时程序并没有写入到Flash中），因为Reset Address指向Flash,CPU复位后要从Flash中读取数据并运行。所以我们先要用Flash Programmer将程序数据下载到Flash中。

一定要注意先要用之前定制好的Nios系统对FPGA进行配置。Flash Programmer是通过FPGA将数据下载到Flash中的。

选中工程，点击Tools->Flash Programmer 可以先删掉原有的编程工程，先建一个。双击时，系统报错：

An error has occurred.See error log for more details.

我并不清楚出现这个错误的原因，没有理会它。右键Duplicate