Nios® II Boot Option ~ On Chip RAM (XIP) ~

1. 概要 (IP 等も含めた構成図)

このコンテンツでは、On Chip RAM から Nios^®II プロセッサーを起動させる為に、最低限必要な IP の各種パラメーターと BSP Editor の設定、各種ファイルの生成方法を説明します。

ソフトウェア・ファイルを初期値ファイルとして、 On Chip RAM に格納します。
Boot する必要がないので、FPGA の電源が立ち上がった後すぐに Nios^®II を起動させることができます。

Boot Option の違いについては、以下のコンテンツを参照ください。

・Nios® II Boot の種類と各 Boot Option における設定方法について

最低限必要な IP は下記の通りです。（インテル^®Quartus^® Prime 開発ソフトウェア ver 18.1 の場合）

Nios^® II Processor
On-Chip Memory (RAM or ROM) Intel^® FPGA IP：　ソフトウェア実行/格納メモリー

Platform Designer で構築すると図1 の様になります。

図1：Platform Designer 構成

以降、各種パラメーターの設定について説明します。

1-1. Nios^® II Processor

Reset Vector / Exception Vector を図2 の様に、On Chip RAM に設定してください。

図2： Nios^®II パラメーター設定

1-2. On-Chip Memory (RAM or ROM) Intel^® FPGA IP

図3 の様に、ソフトウェア実行に必要な Total Memory Size を設定してください。

図3：On-Chip Memory パラメーターの設定例

On Chip RAM の初期値ファイルとしてソフトウェア・ファイルを格納しますので、Memory Initialization の設定をします。初期値ファイルの登録方法によって Memory Initialization の設定が異なります。

meminit.qip を使用して、On Chip RAM の初期値ファイルを登録する方法
On-Chip RAM のパラメーター設定で、初期値ファイルを指定する方法

1-2-1. meminit.qip を使用して、On Chip RAM の初期値ファイルを登録する方法

図4 の様に "Initialize memory content" 設定にチェックを入れ、Quartus^® Prime のデザインとして meminit.qip を登録します。
meminit.qip は On Chip RAM の初期値設定用の IP であり、プロジェクトに登録するだけで On Chip RAM の初期値を設定できます。

図4： meminit.qip を使用する際の Memory Initialization 設定

1-2-2. On-Chip RAM のパラメーター設定で、初期値ファイルを指定する方法

図5 の様に "Enable non-default initialization file" にもチェックを入れ、初期値ファイル　<On_Chip_RAM_NAME>.hex のパスを登録します。

図5：初期値ファイルのパスを登録する際の Memory Initialization 設定

1-3. Quartus^®Prime Settings

Assignment tab → Device → Device and Pin Options → Configuration を開いてください。

Configuration scheme： FPGA の Configuration 方式を設定
Active serial clock source ： FPGA を Configuration するときのクロック周波数を設定

図6：Quartus^® Prime の Device and Pin Options

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2. Nios^®II SBT の BSP Editor 設定

Nios^® II Software Build Tools (SBT) for Eclipse を起動し、Application と BSP を生成します。
BSP Editor を起動し、Linker Script 設定、hal.linker 設定を行います。

Linker Script は図7 の様に設定します。
すべての Section を On-Chip RAM に設定します。

図7： Linker Script 設定

そして、Main タブにある Settings → Advanced → hal → linker の項目で、 hal.linker オプションを図8 の様に "allow_code_at_reset" だけチェックを入れます。

図8： hal.linker 設定

注記：Nios^® II Core に Reset を入れて再起動することがある場合、enable_alt_load と enable_alt_load_copy_rwdata を有効にしてください。

参考：Nios^® II Software Developer Handbook > 5.10.4. Run from Initialized Memory Configuration

If your software has a .rwdata section that must be reinitialized at processor reset, turn on the hal.linker.enable_alt_load_copy_rwdata setting in the BSP.

これで、On Chip RAM から Boot させる為の設定は完了しました。

次は、On Chip RAM に持たせる HEX ファイルと Programming ファイルの生成になります。

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3. Programming ファイルの生成方法

Nios^® II SBT にてソフトウェアのコンパイルが終了し ELF ファイルを生成したら、次は HEX ファイルを生成します。HEX ファイルを On Chip RAM の初期値としてプロジェクトに登録することで、ソフトウェア・ファイルを持った SOF ファイルが生成でき、Nios^® II を Boot させることが可能になります。

3-1. HEX ファイルの生成

ELF ファイルの生成が終了したら、図9 の様に Nios^® II アプリケーションを右クリックし、
Make Targets → Build... → mem_init_generate → Build で HEX ファイルを生成します。

図9： mem_init_generate for HEX

mem_init_generate で生成されるファイルは主に 3種類です。

meminit.qip：On Chip RAM の初期値ファイル用の IP 。プロジェクトに登録して使用（登録方法は 1-2-1 を参照）
<On_Chip_RAM_NAME>.hex：On Chip RAM から Boot する際の RAM の初期値ファイル（登録方法は 1-2-2 を参照）
<On_Chip_Flash_NAME>.hex： JIC ファイルに持たせるソフトウェア・ファイル（今回は使用しません）

生成したファイルを登録方法に沿って登録します。

3-2. POF ファイルと JIC ファイルについて

On Chip RAM から Boot する際は、初期値ファイルとしてソフトウェア・ファイルを登録していますので、SOF ファイルにソフトウェア情報が含まれています。
従って、SOF ファイルから通常通り POF ファイル、JIC ファイルを生成することで、ソフトウェア情報を Programming ファイルに反映させることができます。

Quartus^® Prime をフルコンパイルせずに、更新した HEX ファイルを SOF ファイルに反映させる方法は、こちらを参照してください。

・Nios II - オンチップ・メモリからのブート手順

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