原创 【博客大赛】小梅哥FPGA学习笔记之将sof文件和NIOS II的elf固件合并为jic文件

    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（温馨提示：点击图片可查看高清大图）：

• 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=.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（温馨提示：点击图片可查看高清大图）

   然后选中tft_touch，单击右键选择Nios II  ->  Nios II Command Shell（温馨提示：点击图片可查看高清大图）

   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。（温馨提示：点击图片可查看高清大图）

   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（温馨提示：点击图片可查看高清大图）：

   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（温馨提示：点击图片可查看高清大图）：

   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（温馨提示：点击图片可查看高清大图）：

   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

（温馨提示：点击图片可查看高清大图）

   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（温馨提示：点击图片可查看高清大图）：

   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（温馨提示：点击图片可查看高清大图）：

   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 --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（温馨提示：点击图片可查看高清大图）：

   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（温馨提示：点击图片可查看高清大图）：

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（温馨提示：点击图片可查看高清大图）：

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).（温馨提示：点击图片可查看高清大图）

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（温馨提示：点击图片可查看高清大图）

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（温馨提示：点击图片可查看高清大图）

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）（温馨提示：点击图片可查看高清大图）：

   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