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小梅哥FPGA学习笔记之将sof文件和NIOS II的elf固件合并为jic文件

2017-1-9 11:44 580 0

我们在学习和调试NIOS II工程的时候,一般都是先使用Quartus II软件中提供的Quartus Programmer来烧写FPGA配置文件(SOF),然后NIOS II EDS中提供的Flash Programmer工具来进行烧写NIOS II的。这对于开发者来说,并没有什么不便,反而因为这种方式的灵活,为开发带了了很大的便利。然而,当我们的产品已经设计完成并量产的时候,就需要将固件烧写到产品中。生产线上进行烧录时,总希望能够用最简单的方式实现。试想,如果生产线上在进行烧写时,还需要几个工具换来换去,等待很久,效率自然就下去了。因此这种Quartus Programmer+Flash Programmer的方式并不适合生产。


小梅哥在最近的工作中也遇到了这样的问题。我们新设计的一批开发板,在工厂生产完毕后,都要进行出厂测试。然而SMT厂家却并不熟悉我们的这种Quartus Programmer+Flash Programmer烧写方式。再说了,要使用这种方式还得安装Quartus Programmer和NIOS II EDS软件。厂家表示使用这种方式对他们来说有一定难度,而且效率也不高。所以我就根据Altera 官方网站上的一个帖子,进行了转换,将SOF文件和NIOS II的elf固件合并并生成了一个jic文件,这样,厂家就只需要使用Quartus Programmer来烧写这个jic文件就能实现同时烧写FPGA配置文件和NIOS II固件的功能了,简化步骤,节省时间。


从SOF文件和ELF文件得到JIC文件的原帖地址如下:


https://www.altera.com.cn/support/support-resources/knowledge-base/solutions/rd10132010_126.html


因为有经验不足的朋友反映在看了这个教程后还是不知道怎么操作,总是不成功,因此这里小梅哥使用我们芯航线FPGA的开发板,一步一步演示这个实现过程,将整个过程具体化。


先说明下我这个设计工程的结构(温馨提示:点击图片可查看高清大图):


EPCS16:用来存储FPGA配置文件和NIOS的固件,本例中最终转换得到的JIC文件也是烧写到该器件中。
512K字节SRAM:作为NIOS II运存或者4.3寸TFT显存,这里作为TFT显存。(PS:使用SRAM作为运存,相较于使用SDRAM作为运存,NIOS II的性能会有较大的提升。)
128Mbit SDRAM:作为NIOS II运存或者4.3寸TFT显存,这里作为NIOS II运存。以运行较为复杂的程序或者GUI。
4.3寸TFT:用来显示文字/图片等内容。
XPT2046触摸控制器:使用SPI接口,用来得到触摸屏信息,实现人机交互
CH340 USB2TTL:将UART协议与USB协议进行互相转换。以实现调试的功能。
4bit LED:指示程序运行状态。
2X轻触按键:输入控制信息

介绍完了这个系统,接下来就可以介绍整个转换过程了:

1 sof2flash:


从一个.sof 文件生成一个flash文件:


sof2flash --input=.sof --output=hwimage.flash?--epcs –verbose


首先我们打开我们的NIOS II软件工程和对应板级支持包,这里名为tft_touch和tft_touch_bsp(温馨提示:点击图片可查看高清大图)


然后选中tft_touch,单击右键选择Nios II? ->? Nios II Command Shell(温馨提示:点击图片可查看高清大图)



我们的Quartus II生产的sof文件名为” TFT_SRAM.sof”,这个时候,如果我们直接输入


sof2flash --input= TFT_SRAM.sof --output=hwimage.flash?--epcs –verbose


会提示找不到input file也就是找不到TFT_SRAM.sof文件。(温馨提示:点击图片可查看高清大图)


这是因为该命令是在当前目录下寻找TFT_SRAM.sof文件,而我们的TFT_SRAM.sof文件在E:\easy_sopc\TFT_SRAM\prj\output_files目录下,因此当然无法找到该文件了。解决这个问题的方法有两种。


第一种,推荐方案。


因为很多不熟悉命令行的朋友在操作时速度慢而且容易出错,因此这里提供一种比较熟悉的方式。首先在windows中,将TFT_SRAM.sof文件从output_files文件夹中拷贝到tft_touch文件夹中(温馨提示:点击图片可查看高清大图):




然后回到命令行窗口再次执行


sof2flash --input= TFT_SRAM.sof --output=hwimage.flash?--epcs –verbose命令


(提示:使用键盘上的向上方向键,可以快速切换到之前使用过的命令,这里在切换目录后,连按两次方向上键就应该能找到之前输入的sof2flash命令。)生成过程大约花费10秒钟。生成完成后的截图如下所示(温馨提示:点击图片可查看高清大图):


然后我们输入ls命令就能看到,确实生成了这样一个名为hwimage.flash的文件(温馨提示:点击图片可查看高清大图):


第二种方案:首先在shell中使用cd命令直接将目录切换到sof文件所在目录,也就是E:\easy_sopc\TFT_SRAM\prj\output_files。相应命令为(注意斜线方向):


cd e:/easy_sopc/TFT_SRAM/prj/output_files


(温馨提示:点击图片可查看高清大图)


然后再次执行sof2flash命令即可实现。生成完成后的截图如下所示(温馨提示:点击图片可查看高清大图):


然后我们输入ls命令就能看到,确实生成了这样一个名为hwimage.flash的文件(温馨提示:点击图片可查看高清大图):


一般推荐大家使用第一种方式,当然命令行高手除外。


2 elf2flash:


从一个,elf 生成一个flash文件:


elf2flash --input=.elf --output=swimage.flash --epcs --after=hwimage.flash --verbose


因为推荐大家使用第一种方式操作,因此这里就按照第一种方式接着讲,相信有能力用命令行方式切换目录的朋友,也不会对其他操作存在问题。


这里我们就只需要直接输入elf2flash命令即可了,命令详细如下:


elf2flash --input=tft_touch.elf --output=swimage.flash --epcs --after=hwimage.flash –verbose


从命令中可以看到,第一步生成的hwimage.flash文件是作为了参数的一部分的,所以这里必须保证hwimage.flash在当前目录下。(第一步中使用推荐的方式,则能够自动保证这一点)。命令执行结果如下(温馨提示:点击图片可查看高清大图):


然后我们输入ls命令,可以看到,在当前文件夹下确实生成了一个名为swimage.flash的文件(温馨提示:点击图片可查看高清大图):


3 flash2hex:


转换.flash文件到.hex文件:直接输入以下命令(注意:altera官网中原帖这个地方命令有误,前后对应不上,原帖为nios2-e…… mysw.flash mysw.hex,应该讲mysw改为swimage):


nios2-elf-objcopy --input-target srec --output-target ihex swimage.flash swimage.hex


这个命令瞬间执行完成,我们ls下,就能看到当前文件夹下已经生成了一个swimage.hex的文件(温馨提示:点击图片可查看高清大图):


4 Convert Programming Files


在Quartus? II软件中,open File > Convert Programming Files >?Set the programming file as JTAG Indirect Configuration File (.jic">.(温馨提示:点击图片可查看高清大图)



5 选择EPCS


在配置下拉菜单中选择合适大小的EPCS器件(见10步图)


6 命名jic


命名你的输出.jic 文件(见10步图)

7 Add Device


点击Flash Loader的下面,在右边选择Add Device (见10步图)

8 选择FPGA器件


从列表中选择你的FPGA器件(见10步图)

9 Add SOF


点击SOF Data,选择Add File,选择加.sof 文件(见10步图)


10 Add Hex data


点击Add Hex data,选择Relative addressing,选择上面生成的.hex 文件(温馨提示:点击图片可查看高清大图)



11 Generate


然后点击Generate生成。生成完成后检查生成的 .map 文件(使用记事本打开)有Page_0在起始地址0x0,.hex文件在Page_0结束地址后的起始地址1(温馨提示:点击图片可查看高清大图)



12 烧写


现在在Quartus II?Programmer中,选择Add File,选择加.jic 文件。检查Program框,下一步.jic 文件,接着按Start即可。


13 女神镇楼


最后上一张测试图,女神镇楼(话说放这样一张图给客户,客户是不是会觉得特别开心呢)(温馨提示:点击图片可查看高清大图):


如有更多问题,欢迎加入芯航线FPGA技术支持群:472607506


小梅哥


芯航线电子工作室


2016年1月30日星期六


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