基于SPI復用配置的FPGA編程方法

3 SPI Flash軟件引導過程及SPI Flash編程
本實驗使用簡單的應用程序(打印hello_world)，即工程“hello_world”。工程serial_Flash_bootloader就是上面設計的引導程序。
3．1 編譯用戶應用程序的二進制文件
由于應用程序要在外部SDRAM中運行，所以不需要初始化BRAM存儲器，如圖5所示。

為了指明程序的開始地址和應用程序的可執(zhí)行文件的產生路徑，需要在編譯選項中設置。右鍵“應用程序工程”，Set Compiler Options在Output ELF file中選擇可執(zhí)行文件的產生路徑，如XC3S500E＼hello_world＼hello_world．elf，在Program Start Address中鍵入程序執(zhí)行的起始地址(這里是SDRAM的基地址：0x90000000)。接下來編譯應用程序工程，編譯完成后就會在XC3S500E＼hello_world文件夾中產生hello_world．elf。為了后面對SPI Flash編程的需要，應將elf轉變成二進制形式的文件。這就需要利用cygwin shell窗口命令來完成，這個腳本提供了一個簡單的命令實現(xiàn)這個目的。利用mb-objcopy-O binaryoptions>ELF file input>bi-nary file to output>命令就可以將elf轉變成二進制形式的文件(．b文件)。
例如：mb-objcopy-O binary ．／hello world／helloworld．elf．／hello_world／hello_world．b用來在工程目錄下hello_world文件夾創(chuàng)建工程的一個hello_world．b的二進制文件。生成的文件hello_world．b大約2 KB左右。
3．2 Bootloader引導程序與硬件配置文件的生成
serial_Flash_bootloader要初始化到BRAM中(即在“工程”上右鍵→BRAM Initialization and unmark a11)。
這樣做的意義是在編譯Bootloader程序時就將它編譯后的執(zhí)行文件(．elf文件)加入到硬件system．bit中生成一個download．bit。這個文件既包含了系統(tǒng)硬件配置信息，又包括了Bootloader程序執(zhí)行文件。由于設置了初始化到BRAM中，所以在系統(tǒng)上電時才能使Bootloader程序自動加載到片內BRAM中運行，實現(xiàn)程序的引導功能。只要利用EDK用軟件中download bitstram功能就可以實現(xiàn)上述功能。
3．3 編寫SPI PROM文件
本部分提供為SPI Flash存儲器創(chuàng)建PROM文件的指導原則。在將生成bitstram．bit比特流轉換成SPI格式PROM文件之前，設計人員必須確認該比特流是用bitg-en-g StartupClk：Cclk選項生成的。此選項使啟動順序與Spartan-3E內部時鐘同步，從而確保FPGA功能正常。
①將硬件配置和serial_Flash_bootloader引導程序的bitstrem．bit轉換為MCS格式文件。
②將前面得到的應用程序的二進制文件(hello_world．b)轉換為MCS格式文件。
③將以上得到了2個MCS文件合成1個MCS文件。
④編程SPI Flash芯片。
以上過程，除了③以外，Xilinx公司的iMPACT編程軟件都可以實現(xiàn)。③要由DOS命令完成。所以下面都是以DOS命令來完成編程的全過程。
再使用DOS命令完成格式化和編程之前，要對down-load．bit、應用程序、spiPartNam和spi_offset參數(shù)進行設置，以便XSPI軟件程序能對用戶要求加以識別。如下：

set bitstream=．．／implementation／download．bit
set application=hello_world
set spiPartName=AT45DB161D／／SPI Flash器件的名稱
set spi_offset=0x63000／／hello_world的應用程序就會從
／／Flash中0x63000地址向上存放，引導程序也是從這里開始加載
／／到SDRAM中的
接下來就是執(zhí)行轉換的命令。
第1步：REM Step 1．Convert download．bit to mcsimpact convert_bits_to_mcs．cmd
此命令將硬件配置和serial_Flash_bootloader引導程序的bitstrem．bit轉換為MCS格式文件。
第2步：REM Step 2．Convert binary application tomcs
xmcsutil-accept_notice-i％application％．b-o％appli-cation％．mcs-29
完成了應用程序(hello_world)的二進制文件(hello_world．b)轉換為MCS格式文件。
第3步：REM Step 3．combine application mcs withbitstream mcs
xmcsutil-accept_notice-i bitstream．mcs％applica-tion％．mcs-o combined．mcs-16-segaddr 0x00％spi_off-set％-usedataaddr-padff
這個命令將以上得到了的MCS文件合成一個MCS文件。
第4步：REM Step 4．Program the AT45DB161D
xip-accept_notice-skip_syncword_check-mcs-spi_epv-icombined．mcs-o verify．txt-select_cable 1
完成對SPI Flash芯片編程。此命令使用輪詢擦除SPI內容，然后對SPI器件的內容進行編程和驗證。任何驗證不匹配項都記錄在result．out文件中。默認情況下，XSPI認定數(shù)據是HEX格式。如果輸入文件是HEX格式，則去除-mcs選項。
Xilinx軟件工具iMPACT從Spartan-3E比特流生成SPI格式PROM文件。SPI存儲器件首先串行輸出數(shù)據的MSB字節(jié)，而Xilinx PROM則首先輸出數(shù)據的LSB。與標準Xilinx PROM文件相比，SPI格式PROM文件在每字節(jié)內有位反轉，因此，需要在PROMgen中使用-spi選項才能正確格式化。XSPI支持．hex和．mcs兩種SPIPROM文件格式。以下所示為生成SPI格式．mcs文件的PROMGen命令行操作的示例。要生成SPI格式PROM文件．hex，請用-P hex替換-p mcs選項開關。

結 語
本文介紹的是SPI Flash存儲器的復用編程方法的實現(xiàn)。在應用程序不是很大時，可以使用此方法復用SPI Flash存儲器，減少外圍電路，但是配置時間較長。在不要求配置時間的基礎上，可以考慮使用SPI配置模式。