【【手把手教你实现Risc-V装载至FPGA】】

RiscV实现教程
参考来源
tinyriscv: https://gitee.com/liangkangnan/tinyriscv
平台实现 ： Linux ubuntu 实现介绍

环境 ： 需要 iverilog (切换到 v11或以上的版本）
1.下载iverilog源码

git clone https://github.com/steveicarus/iverilog.git

2.切换到v11分支(必须用V11或以上的版本)

git checkout v11-branch 

3.安装依赖

sudo apt-get install autoconf gperf flex bison build-essential 

4.编译、安装iverilog和vvp

sh autoconf.sh ./configure make make i nstall 

5.创建python软链接

sudo ln -s /usr/bin/python3.8 /usr/bin/python 

其中/usr/bin/python3.8对应你实际安装的python版本。

这是大概的环境实现教程 我记得在 python 软连接上面需要注意 ，我pyhton下载的有 2 3 版本，但是内部链接的是2 所以 需要先进入 管理员模式把 python 2 的软连接删除再进行 重新链接新的3系列软连接
注意！！！ 一定要确认python 软连接是否正确 不然会在下面的验证中出错

6.安装gtkwave

sudo apt-get install gtkwave 

7.安装GNU工具链
可以从百度网盘下载(链接：https://pan.baidu.com/s/10uLZYf_cgtH94kZI_N6JhQ 提取码：uk0w)或者自行下载其他版本的，下载后解压到tools目录下。
最后，需要确认tests/example/common.mk文件里的这几行内容要与你安装的工具链对应得上。
我建议是百度网盘下载 嘿嘿

然后用git把工程拉近linux 下 git clone https://gitee.com/liangkangnan/tinyriscv.git

进入之后，进入文件夹的sim下列
在终端执行 python .\sim_new_nowave.py ..\tests\isa\generated\rv32ui-p-add.bin inst.data
会出现大大的pass
指令的全部测试 输入 python ./test_all_isa.py

下面进入 C语言的运行
进入 tests\example 下的文件夹 的simple
其实后面的gpio uart_rx uart_tx 都是写好的c程序 这次我们在linux上只实现 simple 的测试

因为已经有Makefile文件了 我们现在进入 在终端输入make 发现可能会报错
是因为

第一行是我们把下载的工具链放在哪里了

后面是修改工具链的来源

1 2 RISCV_PATH := $(TOOLCHAIN_DIR)/tools/riscv64-unknown-elf-gcc-8.3.0-2020.04.0    -x86_64-linux-ubuntu14/ 3 4 RISCV_GCC     := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-gcc) 5 RISCV_AS      := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-as) 6 RISCV_GXX     := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-g++) 7 RISCV_OBJDUMP := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-objdump) 8 RISCV_GDB     := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-gdb) 9 RISCV_AR      := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-ar) 10 RISCV_OBJCOPY := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-objcopy) 11 RISCV_READELF := $(abspath $(RISCV_PATH)/bin/riscv64-unknown-elf-readelf) 12 13 .PHONY: all 14 all: $(TARGET) 15 16 ASM_SRCS += $(COMMON_DIR)/start.S 17 ASM_SRCS += $(COMMON_DIR)/trap_entry.S 18 C_SRCS += $(COMMON_DIR)/init.c 19 C_SRCS += $(COMMON_DIR)/trap_handler.c 20 C_SRCS += $(COMMON_DIR)/lib/utils.c 21 C_SRCS += $(COMMON_DIR)/lib/xprintf.c 22 C_SRCS += $(COMMON_DIR)/lib/uart.c <inyriscv/tests/example(复件)/common.mk" 57L, 1929C           1,0-1        顶端 

修改之后再make就完成了
编译得到bin文件再在 sim 目录里 输入
python .\sim_new_nowave.py ..\tests\example\simple\simple.bin inst.data 即可
注意在Linux 下运行把这样的下划线改成/
最后出来的成功图片是pass

注意点 ： 运行的时候确保自己的python的软链接无误
生成的.vcd文件 我们可以通过GTKWave来打开

移植到FPGA
移植到FPGA 需要购买一个下载器
CMSIS-DAP 用的是 jtag 的形式
我购买的是 UART下载的方式
【淘宝】https://m.tb.cn/h.5pXZXZh3DoyfPAx?tk=OvF8W6t8xN8 CZ0001 「usb转ttl usb转串口下载线ch340g模块rs232升级板刷机线板PL2303」
点击链接直接打开 或者 淘宝搜索直接打开
我买的是那个8.52元的 土豪金版本
其实下载到无所谓 但是RISC V仅支持JTAG调试 调试还是换JTAG吧
移植的板卡型号是正点原子达芬奇开发板——Xilinx A7系列 xc7a35tfgg484-2—vivado使用的是2019.1

在执行前 将 整个rtl文件夹 拉入 file中

最重要的是板卡不同的管脚约束问题
我们移植到的达芬奇开发板LED必须输出高电平才能点亮LED灯，在源码中over等三个我们将其绑定至LED灯上
而TinyRisc-V的LED灯是低电平 所以我们需要修改源码，将其变为高电平。
在顶层里修改

修改之后使其能够正常点灯

接下来修改串口tx和 rx信号引脚绑定
这里想要说明的是 其实绝大部分都可以绑定空的引脚，但是一定要绑定，不绑定过不了验证。 我们想要实现某些功能，让它表现出来，最好的办法就是输出在LED灯上。
由于达芬奇开发板没有拨码和自锁开关，并且未按下时按键端口输出高电平，按下时输出低电平。因为这里是高电位启动，所以我们需要修改代码，绑定至key0

修改后为

uart_tx_pin 与 uart_rx_pin 绑定至任意管脚 无需修改

AB6           V7   GPIO[0] 接入  F16  GPIO[1]  接入 F15  jtag_TCK     AA8 jtag_TMS   AB8 jtag_TDI     Y7 jtag_TDO   Y8 spi_miso  F14 spi_mosi   F13 spi_ss     E13 spi_clk  E14 

下面展示完整的管脚约束

# 时钟约束50MHz，占空比50% create_clock -add -name sys_clk_pin -period 20.00 -waveform {0 10} [get_ports {clk}];  # 时钟引脚 set_property -dict { PACKAGE_PIN R4 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {clk}];   # 复位引脚 set_property -dict { PACKAGE_PIN U2 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {rst}];   # 程序执行完毕指示引脚，over 为1时有效，点亮led0 set_property -dict { PACKAGE_PIN R2 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {over}];   # 程序执行成功指示引脚，succ 为1时有效，点亮led1 set_property -dict { PACKAGE_PIN R3 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {succ}];   # CPU停住指示引脚,halted_ind 为1时有效，点亮led2 set_property -dict { PACKAGE_PIN V2 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {halted_ind}];   # 串口下载使能引脚,由于没有拨码开关和自锁开关，所以绑定到key0上，key0按住不放时才使能串口下载 set_property -dict { PACKAGE_PIN T1 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {uart_debug_pin}];   # 串口发送引脚 set_property -dict { PACKAGE_PIN AB6 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {uart_tx_pin}];   # 串口接收引脚 set_property -dict { PACKAGE_PIN V7 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {uart_rx_pin}];   # GPIO0引脚 set_property -dict { PACKAGE_PIN F16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {gpio[0]}];   # GPIO1引脚 set_property -dict { PACKAGE_PIN F15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {gpio[1]}];   # JTAG TCK引脚  PortA 0 set_property -dict { PACKAGE_PIN AA8 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {jtag_TCK}];   create_clock -name jtag_clk_pin -period 300 [get_ports {jtag_TCK}]; set_property CLOCK_DEDICATED_ROUTE FALSE [get_nets jtag_TCK]   # JTAG TMS引脚 PortA 3 set_property -dict { PACKAGE_PIN AB8 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports jtag_TMS];   # JTAG TDI引脚 PortA 1 set_property -dict { PACKAGE_PIN Y7 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {jtag_TDI}];   # JTAG TDO引脚 PortA 2 set_property -dict { PACKAGE_PIN Y8 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports jtag_TDO];   # SPI MISO引脚 set_property -dict { PACKAGE_PIN F14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {spi_miso}];   # SPI MOSI引脚 set_property -dict { PACKAGE_PIN F13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {spi_mosi}];   # SPI SS引脚 set_property -dict { PACKAGE_PIN E13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {spi_ss}];   # SPI CLK引脚 set_property -dict { PACKAGE_PIN E14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {spi_clk}];   #SPI 相关设置 set_property BITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH 4 [current_design] set_property CONFIG_MODE SPIx4 [current_design] set_property BITSTREAM.CONFIG.CONFIGRATE 50 [current_design] set_property CFGBVS VCCO [current_design] set_property CONFIG_VOLTAGE 3.3 [current_design] set_property BITSTREAM.CONFIG.UNUSEDPIN PULLUP [current_design] 

因为我仅仅在windows上运行
所以我 只安装了python 环境 用脚本驱动 在linux下编译
首先
回到unbuntu 打开 tests/example 做一个串口发送的实验
在uart_tx下 make 其实最好修改一下main.c 让它一直跑 不然看不太到实验效果

make得到bin 文件

我会把bin文件复制到 windows下 嘿嘿
接下来
打开windows自带的powershell
进入 存放这个工程包tools的地方 我们要启动 python脚本了
因为tools下有 python的脚本

然后运行
python .\tinyriscv_fw_downloader.py COM3 D:\Competition\Data\TinyRisc-v\bin\uart_tx.bin
python tinyriscv_fw_downloader.py 串口号 bin文件
COM3是连接的串口号 后面是bin存放地方
打开串口助手 会看到hello world 一直在发送
实验完成
成功标志如下所示

RXD 接AB6
TXD 接V7