SoC FPGA のブート前後における SDRAM 領域のアドレスマッピング設定状態

もくじ

• 1. はじめに
• 2. Boot ROM 時と Preloader 実行後の SDRAM 領域の変化
• 3. Address Filtering レジスターの仕様
• 4. Preloader で行われる設定と設定結果
• 5. まとめ

1. はじめに

この記事では、Intel^® SoC FPGA の HPS （Arm プロセッサー）から見たアドレス空間（MPU ビュー）の Boot Region 領域に SDRAM をマッピングするための設定レジスターについて説明します。

ブート完了後、この領域にどのメモリーが見える状態になっているのか？という質問を多く頂きますが、この記事をご覧頂くことにより、このような疑問の解決に役立てば幸いです。

尚、以下の【図 1】の赤枠が Boot Region 領域に該当します。この記事では Cyclone^® V SoC をターゲットに記載していますが、Arria^® V SoC、Arria^® 10 SoC でも考え方は同様です。 

［Cyclone V Hard Processor System Technical Reference Manual より引用］

【図 1】HPS Address Space

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2. Boot ROM 時と Preloader 実行後の SDRAM 領域の変化

結論から記載しますが、リセット解除直後（Boot ROM のプログラム実行中）には、0 番地から始まる Boot Region 領域には Boot ROM がマッピングされた状態から開始し、ブート完了後（Preloader 実行後）には SDRAM がマッピングされた状態となります。

図でまとめると以下の【図 2】ようになります。

【図 2】SDRAM 領域の変化

Boot Region 領域に見せるメモリの選択は、以下の 2 種類のレジスターで行います。

• l3regs.remap レジスター（Address: 0xFF800000）
• MPUL2.Address Filtering レジスター（Address: 0xFFFEFC00, 0xFFFEFC04）

Boot Region 領域に見せるメモリの種類は、l3regs.remap レジスターの bit0: mpuzero フィールドの設定にて、0: ROM（Boot ROM）もしくは 1: RAM（On-Chip RAM）から選択しますが、このレジスター設定の選択肢には SDRAM は存在しません。この領域に SDRAM を見せる場合には、L2 Cache Controller（MPUL2）の Address Filtering というレジスター設定を変更する必要があります。

以下、Address Filtering レジスターの詳細と、実際に Preloader が行う設定内容について紹介していきます。

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3. Address Filtering レジスターの仕様

Address Filtering レジスターは以下の 2 つで構成され、SDRAM を見せる領域の Start Address と End Address を指定する仕組みになっています。

• Address Filtering Start Register（Address: 0xFFFEFC00）
• Address Filtering End Register（Address: 0xFFFEFC04）

この章では Start Address と End Address の設定内容について説明します。

3-1. Address Filtering Start Register

Address Filtering Start Register は 0xFFFEFC00 で設定でき、設定内容は下記のようになっています。

［CoreLink Level 2 Cache Controller L2C-310 Technical Reference Manual より引用］

【図 3】Address Filtering Start Register

【図 3】の内容としては下記となります。

Bit [31:20] - SDRAM の Start Address を設定する箇所となります。

尚、12 bit 分しか確保されていないので、Start Address の上位 12 bit を設定し、
残りの下位 20 bit は 0x00000 となります。
例えば、0x001 と設定すると、SDRAM の Start Address は 0x00100000 です。

Bit [19:1]  - Reserved

Bit [0]       - address filtering の有効/無効の設定です。

有効にする場合は 0x1 を設定します。

3-2. Address Filtering End Register

Address Filtering End Register は 0xFFFEFC04 で設定でき、設定内容は下記のようになっています。

［CoreLink Level 2 Cache Controller L2C-310 Technical Reference Manual より引用］

【図 4】Address Filtering End Register

【図 4】の内容としては下記となります。

Bit [31:20] -  SDRAM の End Address を設定する箇所となります。

Start Address を設定した場合と同様に、End Address の上位 12 bit 分のみの設定となり、 下位 20 bit は 0x00000 となります。

Bit [19:0]   - Reserved

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4. Preloader で行われる設定と設定結果

SoC FPGA におけるブートフローは【図 5】のようになっており、どのフローにおいても Boot ROM → Preloader は実行されています。

［HPS SoC Boot Guide - Cyclone V SoC Development Kit より引用］

【図 5】ブートフロー

この章では、Preloader 実行前の Boot ROM 時点と、Preloader 実行後の Address Filtering の設定を確認したいと思います（U-Boot SPL 2013.01.01 で確認）。

4-1. Boot ROM 時の Address Filtering

Boot ROM 時の Address Filtering の設定は、下記のようになっています。

【図 6】Boot ROM 時の Address Filtering

・ Address Filtering Start Register の内容

Start Address は 0x00100001 となっています。
よって、設定内容としては下記の通りとなります。

Bit [31:20] - 0x001 ⇒ SDRAM の Start Address は 0x00100000

Bit [0]       - 0x1 ⇒ Address Filtering が Enable

・Address Filtering End Register の設定

End Address は 0xC0000000 となっています。
よって、設定内容としては下記の通りとなります。

Bit [31:20] - 0xC00 ⇒ SDRAM の End Address は 0xC0000000

・Boot ROM 時の SDRAM の領域

Start Address が 0x00100000、End Address が 0xC0000000 となっているので、
Boot ROM 時の SDRAM の領域は、0x00100000 ～ 0xC0000000 となります。

4-2. Preloader 実行後の Address Filtering

Preloader 実行後の Address Filtering の設定は、下記のようになっています。

【図 7】Preloader 終了後の Address Filtering

・ Address Filtering Start Register の内容

Start Address は 0x00000001 となっています。
よって、設定内容としては下記の通りとなります。

Bit [31:20] - 0x000 ⇒ SDRAM の Start Address は 0x00000000

Bit [0]       - 0x1 ⇒ Address Filtering が Enable

・Address Filtering End Register の設定

End Address は 0xC0000000 となっています。
よって、設定内容としては下記の通りとなります。

Bit [31:20] - 0xC00 ⇒ SDRAM の End Address は 0xC0000000

・Preloader 実⾏後の SDRAM の領域

Start Address が 0x00000000、End Address が 0xC0000000 となっているので、
Preloader 実⾏後の SDRAM の領域は、0x00000000 ～ 0xC0000000 となります。

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5. まとめ

「4-1. Boot ROM 時の Address Filtering」と「4-2. Preloader 実行後の Address Filtering」に示した通り、Boot Region 領域に見えるメモリの種類は Boot ROM 時と Preloader 実行後で異なります。

ブート完了後（Preloader 実行後）には、Boot Region（0x00000000 ～ 0x00100000）が SDRAM 領域の一部として割り当てられることがご理解頂けたと思います。  

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