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この記事は、旧タイトル『DS-5 デバッガ―で U-Boot（v2019.04 以降）を起動する方法（Arria® 10 SoC 編）』のアップデート版です。 Altera®（Intel®）SoC FPGA 向けのソフトウェア統合開発環境として標準採用される Arm 純正ツールが Arm® DS-5 for Intel® SoC FPGA Edition (DS-5) から Arm® Development Studio for Intel® SoC FPGA Edition (Arm® DS) へと変更になりました。 Arm® DS は DS-5 の後継製品となっており使い勝手は大きくは変わりません。この記事の内容も Arm® DS / DS-5 両方に適用できるものが大半ですが、違いがある箇所はその旨明記する形でアップデートしています。 |
はじめに
Altera®（Intel®）SoC FPGA では、Linux 起動時に U-Boot を使用しますが、この U-Boot には様々な機能があり、デバッグや開発時に活用できます。
この記事では、Arria® 10 SoC をターゲットに Arm® DS / DS-5 デバッガー上から、2019.04 以降の U-Boot を起動する方法について紹介します。
Arm® DS / DS-5 から U-Boot を起動することにより、処理を行った時のメモリーやレジスターの状態を Arm® DS / DS-5 上から見ることができ、Arm® DS / DS-5 上から特定の処理に関してブレークをかけることができます。
前提条件
この記事では SoC EDS（SoC FPGA エンベデッド・デベロップメント・スイート）v20.1 がセットアップ済みであることを前提として説明しています。
SoC EDS v20.1 のセットアップ方法については、次のコンテンツページをご参照ください。
SoC FPGA エンベデッド・デベロップメント・スイート（SoC EDS）のインストール方法 ver.20.1
参考：
この記事では U-Boot のビルド手順は扱いません。あらかじめ以下のページを参考にビルドを済ませておいてください。
SoC EDS v19.1 std / v19.3 pro 以降のブートローダー生成フロー（Arria® 10 SoC 編）
U-Boot v2019.xx や v2020.xx など、比較的最近のバージョンの U-Boot を Arm® DS（DS-5）デバッガーに接続した状態で実行すると、JTAG 関連のエラーが表示されてデバッガーからの操作が効かない状態となってしまうケースがあります。下記の記事では発生するエラーと原因＆対策について説明していますので、U-Boot をビルドする際には下記の記事も併せてご参照ください。
Arm® DS（DS-5）デバッガ―で U-Boot（v2019.04 以降）を起動する際に JTAG 関連のエラー表示が出る場合の対処方法
参考：
Cyclone® V SoC または、Arria® V SoC をご使用の方は、以下の記事ページをご参照ください。
Arm® DS（DS-5）デバッガ―で U-Boot（v2019.04 以降）を起動する方法（Cyclone® V SoC／Arria® V SoC 編）
基本的には、Cyclone® V SoC／Arria® V SoC 向けの記事ページ（上記）に掲載されている手順と同じ流れとなりますが、Arria® 10 SoC 向けには以下の点にご注意ください。
注記：
U-Boot の実行には FPGA 側回路をコンフィグレーションする必要があります。
External FPGA Configuration 有効／無効 のオプションに応じて、事前に以下の対応を行ってください。特に Hard Processor System（HPS）用のブートデバイス（SDカード、QSPI Flash、NAND Flash）へのアクセスが上手くいっていない場合には、デバッグ対象の U-Boot を生成する際に、BSP Editor のオプションの External FPGA Configuration を有効にしてご確認ください。
- External FPGA Configuration 有効 の場合:
デバッグ開始前に .sof ファイルで FPGA 側をコンフィグレーションしてください。
- External FPGA Configuration 無効 の場合:
あらかじめブートデバイス上に適切な配置で .rbf ファイルを書き込んでおいてください。
1. Arm® DS / DS-5 の起動
1-1. Arm® DS の場合
1-1-1. Windows PC の場合
(1) Windows のスタートメニューから、以下の Embedded Command Shell を開始します。
【図 1】Embedded Command Shell の開始（Windows）
(2) Embedded Command Shell から cmdsuite プログラム（suite_exe）を実行します（Arm® DS バージョン 2023.1 の例）。
$ /cygdrive/c/Program\ Files/Arm/Development\ Studio\ 2023.1/bin/cmdsuite.exe
(3) bash プログラムを実行します。Embedded Command Shell のプロンプト色に戻ります。
$ bash
(4) Embedded Command Shell から armds_ide & コマンドを実行します。Arm® DS Eclipse が起動します。
$ armds_ide &
【図 2】Arm® DS Eclipse の起動（Windows）
1-1-2. Linux PC の場合
(1) Linux OS 上（Ubuntu など）で作業する場合は、まず最初に端末（ターミナル）を起動します。
続けて、ターミナル上で「embedded_command_shell.sh」を実行することで SoC EDS 用の環境変数設定が行われたシェル環境が立ち上がります。
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- SoC EDS v20.1 Pro の場合：
$ ~/intelFPGA_pro/20.1/embedded/embedded_command_shell.sh
-
- SoC EDS v20.1 Std の場合：
$ ~/intelFPGA/20.1/embedded/embedded_command_shell.sh
(2) Embedded Command Shell から cmdsuite プログラム（suite_exe）を実行します（Arm® DS バージョン 2023.1 の例）。
$ /opt/arm/developmentstudio-2023.1/bin/suite_exec bash
(3) Embedded Command Shell から armds_ide & コマンドを実行します。Arm® DS Eclipse が起動します。
$ armds_ide &
【図 3】Arm® DS Eclipse の起動（Linux）
1-2. DS-5 の場合
1-2-1. Windows PC の場合
(1) Windows のスタートメニューから、以下の Embedded Command Shell を開始します。
【図 4】Embedded Command Shell の開始（Windows）
(2) Embedded Command Shell から eclipse & コマンドを実行します。DS-5 Eclipse を起動します。
$ eclipse &
【図 5】DS-5 Eclipse の起動（Windows）
1-2-2. Linux PC の場合
(1) Linux OS 上（Ubuntu など）で作業する場合は、まず最初に端末（ターミナル）を起動します。
(2) 続けて、ターミナル上で「embedded_command_shell.sh」を実行することで、SoC EDS 用の環境変数設定が行われたシェル環境が立ち上がります。
-
- SoC EDS v20.1 Pro の場合：
$ ~/intelFPGA_pro/20.1/embedded/embedded_command_shell.sh
-
- SoC EDS v20.1 Std の場合：
$ ~/intelFPGA/20.1/embedded/embedded_command_shell.sh
(3) eclipse & コマンドを実行します。DS-5 Eclipse を起動します。
$ eclipse &
1-3. ワークスペースの選択と Arm® DS / DS-5 の起動
(1) Arm® DS / DS-5 のスプラッシュ画面が表示された後に、ワークスペース の選択画面が表示されるので、提案されたディレクトリー または、任意のディレクトリーを指定します。
(2) Arm® DS / DS-5 をはじめて起動したときに表示される「Welcome」（ようこそ）画面はすぐに閉じて構いません。はじめて指定した ワークスペースの場合は、以下のようにプロジェクトが空の状態で起動します。
2. プロジェクトの作成
(1) 次に U-Boot 用の Arm® DS / DS-5 プロジェクトを作成します。
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Arm® DS の場合:
「File」メニューから「New」⇒「Project」を選択し、New Project ウィンドウから「C/C++」⇒「Makefile Project with Existing Code」を選択してください。 -
DS-5 の場合:
「ファイル」メニューから「新規」⇒「Makefile Project with Existing Code」を選択してください。
(2) 下図のような「新規プロジェクト」（New Project）ウィンドウが表示されるので、"プロジェクト名" （下図の例では、cv_uboot_project）を指定し、"既存のコードの場所" の項目に U-Boot を含む BSP プロジェクトの所在を指定します。所在は［参照］（Brouse）ボタンをクリックして別ウィンドウで指定可能です。
下図の例では下記の別記事ページで、Arria® 10 SoC 用 SD カードブート向けの U-Boot を作成した場所（/home/<user>/a10_example.sdmmc/a10_soc_devkit_ghrd/software/bootloader）を指定しています。
SoC EDS v19.1 Std / v19.3 Pro 以降のブートローダー生成フロー（Arria® 10 SoC 編）
その他の項目は編集不要です。所在の指定が終わったら［終了］（Finish）ボタンをクリックします。
(3) 下図のように、プロジェクト・エクスプローラー内にプロジェクト（青枠）が追加されれば、プロジェクトの作成は成功です。但し、プロジェクト内にもともと含まれている uboot.ds デバッグスクリプト・ファイルでは、Arm® DS / DS-5 による U-Boot のデバッグを正しく行うことができません。
この記事では、v2019.04 以降の U-Boot に対応したデバッグスクリプト・ファイル uboot.ds と preloader.ds のサンプルを添付しています。
これらのデバッグスクリプト・ファイルをダウンロードしていただき、作成したプロジェクトにドラッグ&ドロップして上書きコピーしてください。
【図 11】 uboot.ds と preloader.ds をプロジェクトにドラッグ & ドロップして上書きコピー
3. デバッグの構成設定
(1) デバッグ用の構成設定を行います。
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Arm® DS の場合:
「Run」メニューから「デバッグコンフィギュレーション」を選択します。
または、Project Explorer でプロジェクトを右クリックして、表示されるメニューから「Debug As」⇒「Debug Configurations」でも選択可能です。 -
DS-5 の場合:
「実行」メニューから「デバッグの構成」を選択します。
または、プロジェクト・エクスプローラーでプロジェクトを右クリックして、表示されるメニューから「デバッグ」⇒「デバッグの構成」でも選択可能です。
(2) 下図のような「Debug Configurations」（デバッグ構成）ウィンドウが起動したら、
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Arm® DS の場合:
「汎用 ARM C/C++ アプリケーション」を右クリックして「New Configuration」を選択してください。 -
DS-5 の場合:
「DS-5 デバッガ」を右クリックして「新規」を選択してください。
この操作により新規のデバッグ構成が生成されます。
設定項目が多数のタブメニューに分かれていますが、今回の作業で設定が必要となる項目は、「接続」タブと「デバッガ」タブの 2つのみです。
3-1. 「接続」タブの設定
“ターゲットの選択” を「Intel SoC FPGA ⇒ Arria 10 SoC ⇒ Bare Metal Debug ⇒ Debug Cortex-A9_0」とします。その他、赤枠内の項目全てをデバッグ対象の環境に合わせて設定します。
注記：
“接続” の指定は［参照...］ボタンをクリックして、別ウィンドウに表示されるリストから選択しますが、事前にターゲットボードをインテル® FPGA ダウンロード・ケーブル（USB-Blaster）で接続して、電源を ON にしておく必要があります。
注記：
Linux OS 環境で インテル® FPGA ダウンロード・ケーブル（USB-Blaster）を使用する場合は、udev に USB デバイスの識別ルール（ID）を登録する必要があります。
尚、“名前”（下図の青線部分）の編集により、新規作成したコンフィグレーションに任意の名前を指定可能です（この例では、a10_uboot_debug と指定しています）。
3-2. 「デバッガ」タブの設定
下図の画面イメージ（赤枠）と同じ内容に設定してください。
“デバッガスクリプト” の指定と、“ソース検索ディレクトリ” の指定は、いずれも［ワークスペース...］ボタンから指定できます。
設定が終わったら［適用］ボタンをクリックして設定内容を保存します。コンフィグレーションの名前を変更している場合は、保存契機でウィンドウ左側の表示項目（青枠）にも変更後の名前が反映されます。
4. デバッグ開始
注記：
“External FPGA Configuration” 有効の場合は、この時点で .sof ファイルの書き込みを行って FPGA 側のコンフィグレーションを完了させてください（“External FPGA Configuration” 無効の場合も、事前にブートデバイスに .rbf ファイルを書き込んでおくことを忘れないように注意してください）。
(1) ［Debug］（デバッグ）ボタンをクリックするとデバッグを開始します。
(2) デバッグ・パースペクティブ（デバッグ用の画面配置）への切替え確認メッセージが出た場合は、［はい］（Yes）をクリックします。
(3) ターゲットとの接続が開始したら接続完了を待ちます。進行状況は “コマンド” ビューのログおよびプログレスバーで確認してください。
5. デバッグ接続完了
正常に接続が完了すると、関数：board_init_r の先頭付近のブレークポイントで停止します。
この時点で、UART のターミナルには以下の例のようなログが表示されるはずです。
まとめ
以上の手順で DS-5 から U-Boot をロードして実行開始させることができます。あとは、デバッガーを操作してデバッグを行ってください。
Arm® DS / DS-5 デバッガー上のデバッグ制御ウィンドウの ”続行” ボタン（または、F8 キー）操作で U-Boot を最後まで実行させると、U-Boot のコンソールが有効になり、U-Boot を使用したコマンド入力による各種デバックを実行できます。
最後に U-Boot コマンドの一覧（HELP 表示）を下図に掲載しておきます。利用可能なコマンド操作の参考にしてください。
FPGA にアクセスする際には HPS と FPGA 間のブリッジの開通を忘れないようにしてください。ブリッジ開通は U-Boot の以下のコマンドでできます。
$ bridge enable
このように実は意外と簡単に Arm® DS / DS-5 から U-Boot を起動できるんです。
みなさんも是非ご活用ください！
【図 21】 U-Boot コマンドの一覧（HELP 表示）
関連記事へのリンク
ブートローダー、U-Boot に関連して、以下の記事も参考にしてください：
- SoC EDS v19.1 std / v19.3 pro 以降のブートローダー生成フロー（Cyclone® V SoC / Arria® V SoC 編）
- SoC EDS v19.1 Std / v19.3 Pro 以降のブートローダー生成フロー（Arria® 10 SoC 編）
- SoC EDS v19.1 std / v19.3 pro 以降のブートローダー生成フロー（付録：Linux バイナリーのビルド - Cyclone® V SoC / Arria® 10 SoC 編）
添付サンプル
この記事の説明で使用した、Arria® 10 SoC 向け U-Boot デバッグスクリプトのサンプルファイルです。
ダウンロード後、ファイル名を preloader.ds、uboot.ds に変更してからご使用ください。