もくじ
1-1. Nios® II Processor
1-2.On-Chip Memory (RAM or ROM) Intel® FPGA IP
1-3. On-Chip Flash Intel® FPGA IP
2. UFM から XIP で実行する際の Nios® II 設定
3. UFM から Boot Copier で実行 する際の Nios® II 設定
4-1. HEX ファイルの生成
4-2. POF ファイルの生成
1. 概要 (IP 等も含めた構成図)
このコンテンツでは、Boot Copier 又は XIP で インテル® MAX® 10 FPGA の UFM から Nios® II プロセッサーを Boot 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。
XIP と Boot Copier 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
また、弊社のホームページにて、同様のコンテンツを用意しておりますので、そちらもご参照ください。
・MAX® 10 の UFM で Nios® II をブートさせてみよう ［前編］
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：実行メモリー
- On-Chip Flash Intel® FPGA IP：Boot メモリー (UFM)
Platform Designer で構築すると 図1 のようになります。
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 を設定します。
XIP か Boot Copier のどちらの方式を使用するかによって設定が異なりますので、
「2. UFM から XIP で実行する際の Nios® II 設定」
「3. UFM からBoot Copier で実行する際の Nios® II 設定」
で説明します。
1-2. On-Chip Memory (RAM or ROM) Intel® FPGA IP
図2 のように、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2：On-Chip Memory パラメーターの設定例
1-3. On-Chip Flash Intel® FPGA IP
Configuration Mode / Flash Initialization を設定します。
図3：On-Chip Flash パラメーター設定例
1-3-1. Configuration Mode
UFM Boot をサポートする Configuration Mode は、
- Single Uncompressed Image
- Single Compressed Image
- Dual Compressed Images
の3つです。システム仕様に応じて選択してください。
また、下記のユーザガイドにて UFM の詳細な仕様を確認できます。
・[Intel® MAX® 10 User Flash Memory User Guide]
・[Intel® MAX® 10 FPGA Configuration User Guide]
1-3-2. Flash Initialization
Boot させるソフトウェア・ファイル (HEX ファイル) を UFM に保存させる方法は2つあり、
方法によって Flash Initialization の設定が異なります。
主に、UFM の初期値ファイルとして HEX ファイルを登録するかどうかで設定が変わります。
<方法1：SOF ファイルに、UFM の初期値として、HEX ファイルを持たせる方法>
- Flash Initialization > Initialize flash content を ON
- Nios® II Software Build Tools (SBT) for Eclipse の Make Target > mem_init_geenrate で生成される meminit.qip をプロジェクトに登録し、Convert Programming Files で SOF ファイルを POF ファイルに変換
これで HEX ファイルを UFM の初期値として SOF ファイルに持たせることができ、POF ファイルにも HEX ファイルを持たせることができます。
図4： SOF ファイルに UFM の初期値として HEX ファイルを持たせる方法の設定
<方法2：POF ファイルに、SOF ファイルと UFM に書き込む HEX ファイルを持たせる方法>
- Flash Initialization > Initialize flash content を OFF
- Nios® II SBT で Make Target > mem_init_geenrate で生成される HEX ファイルを Convert Programming Files で SOF ファイルと共に POF ファイルに変換
これで、HEX ファイルを SOF ファイルと共に、POF ファイルに持たせることができます。
図5： POF ファイルに HEX ファイルを持たせる方法の設定
ファイルの生成方法は、「4. Programming File の生成方法」 で詳しく説明します。
2. UFM から XIP で実行する際の Nios® II 設定
Nios® II Processor の Reset Vector / Exception Vector の設定や BSP Editor の設定を説明します。
XIP で Nios® II を Boot させる場合、Nios® II Processor の Vectors 設定は 2種類あります。
- Reset Vector / Exception Vector 共に UFM を設定
- Reset Vector に UFM、Exception Vector に On-Chip RAM 又は 外部 RAM を設定
図6： Nios® II Vectors 設定 (XIP)
Exception Vector に RAM を設定することで、Flash に比べて例外処理を高速に動作させることができますので、Nios® II のパフォーマンスを上げることができます。
また、Exception Vector を UFM から On-Chip RAM もしくは 外部 RAM にコピーする処理は alt_load() 関数で実現するため、Boot Copier は不要となります。
Nios® II SBT を起動し、Application と BSP を生成します。
BSP Editor を起動し、Linker Script 設定、alt_load() 関数のオプション設定を行います。
Linker Script は 図7 のように設定します。
.text Section は、UFM に設定し、それ以外の Section は On-Chip RAM か外部 RAM に設定します。
図7： XIP 構成における Linker Script 設定
そして、Main タブにある Settings > Advanced > hal > linker の項目で alt_load() 関数のオプションを図8 のように設定します。
上記で記載した、2種類ある Nios® II Processor の Vectors 設定によって設定項目が異なります。
図8： XIP 構成における alt_load() 関数 設定
これで、XIP 構成を実現するための各種設定が終わりました。
次は、UFM に持たせる HEX ファイルと Programming Files の生成方法を参照ください。
3. UFM から Boot Copier で実行する際のNios® II 設定
Nios® II Processor の Reset Vector / Exception Vector の設定や BSP Editor の設定を説明します。
Boot Copier を使用して、Nios® II を Boot させる場合、Nios® II Processor の Vectors 設定は 1種類です。
- Reset Vector に UFM、Exception Vector に On-Chip RAM 又は 外部 RAM を設定
図9：Nios® II Vectors 設定 (Boot Copier)
Nios® II SBT を起動し Application と BSP を生成します。
BSP Editor を起動し Linker Script 設定、alt_load() 関数のオプション設定を行います。
Linker Script は 図10 のように設定します。
.text Section は On-Chip RAM か外部 RAM に設定し、それ以外の Section も On-Chip RAM か外部RAM に設定します。
図10 ：Boot Copier を使用する構成における Linker Script 設定
そして、Main タブにある Settings > Advanced > hal > linker の項目で alt_load() 関数のオプションを図11 のように設定します。
Boot Copier の構成は alt_load() を使用しないので、すべてのチェックボックスを外してください。
図11：Boot Copier を使用する構成における alt_load() 関数 設定
これで、Boot Copier を使用する構成を実現するための各種設定が終わりました。
次は、UFM に持たせる HEX ファイルと Programming Files の生成方法を参照ください。
4. Programming File 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 SOF ファイルと共に POF ファイルに変換することで、UFM に HEX ファイルを持たせることができます。
4-1. HEX ファイルの生成
ELF ファイルの生成が終了したら、図12 のように 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12： 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：「方法1：SOF ファイルに UFM の初期値として、HEX ファイルを持たせる方法」で使用
- on_chip_ram.hex：RAMの初期値ファイルとして使用
- <On_Chip_Flash_NAME>.hex：「方法2：POFファイルに、SOF ファイルと UFM に書き込む HEX ファイルを持たせる方法」で使用
4-2. POF ファイルの生成
HEX ファイルが生成できたら、Convert Programming Files で SOF ファイル と HEX ファイルを含んだ POF ファイルを生成します。
Quartus® Prime > file tab > Convert Programming Files を起動してください。図13 のように、Programming file type を Programmer Object File (.pof) に設定、Mode を Internal Configuration に設定します。
図13： Convert Programming Files
Option / Boot info ... の設定は、
- 「方法1：SOF ファイルに UFM の初期値として HEX ファイルを持たせる方法」(図14 を参照)
- 「方法2：POFファイルに SOF ファイルと UFM に書き込む HEX ファイルを持たせる方法」(図15を参照)
の設定 (Initialize flash content の ON/OFF ) によって異なります。
4-2-1. 方法1 の場合
図14：Convert Programming Files Boot info... （Initialize flash content：ON)
4-2-2. 方法2 の場合
図15： Convert Programming Files Boot info... （Initialize flash content：OFF)
Convert Programming Files で POF ファイルを生成し、実際に MAX® 10 デバイスにプログラミングして動作をご確認ください。
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