RISCVのArduino互換ボードであるHiFiveは日本国内ではすぐには入手できないので、DigilentのArtyをつかってRISCV(SiFiveのFreedom E300)を動かします。
左がHiFive、右がArtyで動かしたFreedomE300。
1. 開発環境
- Host PC
- Ubuntu 16.04 64bit
- RHEL７の場合はFPGA開発日記の下記の記事を参照
- http://msyksphinz.hatenablog.com/entry/2017/08/29/020000
- YUMで必要なパッケージ導入
- DTCはRPMを https://centos.pkgs.org/7/centos-extras-x86_64/dtc-1.4.6-1.el7.x86_64.rpm.html からDLしてでもOK
- javac がない場合は入れておく
- RHELの場合
- yum install java-1.8.0-openjdk java-1.8.0-openjdk-devel
- RHELの場合
- Xilinx Vivado を Install しておく
- SiFiveのガイドでは 2016.4
- 2019.2 でも大丈夫でした
- Installが済んだらvivadoへのパスを切っておく、例：
- source /opt/Xilinx/Vivado/2019.2/settings64.sh
- Digilent の ボード定義ファイルを追加しておく
- Arduino 1.8.0
- Digilent Arty (http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-10034/)
- Olimex JTAG ARM-USB-TINY-H (https://strawberry-linux.com/catalog/items?code=15045)
JTAGアダプターはFreedomで標準サポートのOlimex JTAG ARM-USB-TINY-Hを使っています。 Vivado WebPACKのインストールとセットアップは済んでいるものとします。
2. FPGAイメージの作成
2-1. FPGA用にFreedomをビルド
以下のように、Githubからコード一式をCloneして、MakeすればOK。Arty用のFreedom E300のMCSファイルが生成されます。
git clone https://github.com/sifive/freedom.git
cd freedom
Device Tree コンパイラをインストール
sudo apt install device-tree-compiler
RISCVのToolchainをインストール
wget https://static.dev.sifive.com/dev-tools/riscv64-unknown-elf-gcc-20170612-x86_64-linux-centos6.tar.gz
tar xvfz riscv64-unknown-elf-gcc-20170612-x86_64-linux-centos6.tar.gz
export RISCV=$PWD/riscv64-unknown-elf-gcc-20170612-x86_64-linux-centos6
submoduleを更新
git submodule update --init
cd rocket-chip/
git submodule update --init
cd ..
ChiselのソースコードからVerilog RTLを作成し、次にFPGAのイメージ（Bitfile）をビルドします。（この際vivadoにパスが通っていること）
make -f Makefile.e300artydevkit verilog
make -f Makefile.e300artydevkit mcs
2-2. ArtyのSPI FlashにMCSを書き込む
- PCとArtyをUSBケーブルで接続。
- Vivadoを起動し、hardware managerを起動。Open TargetからAuto connectで認識されます。
- FPGAを右クリックし、Add Configuration Memory device を選択、
- Micron
- 128
- spi
- 25q128-3.3v-spi-x1_x2_x4 を選択
- Configuration file で builds/e300artydevkit/sifive.freedom.everywhere.e300artydevkit.E300ArtyDevKitConfig.mcs を選択
- プログラム実行
- 書き込みが成功後、ボード上のPROGボタンを押せばFPGAイメージがFlashからFPGAにロードされ、Arty上のLED（LD4,5,6）が点灯します
3. アプリの実行
3-1. JTAGを接続をする
FreedomのJTAGはArtyの PMOD Dに割り当てられています。
| PIN # | Signal name | PIN # | Signal name |
|---|---|---|---|
| 1 | TDO | 7 | TDI |
| 2 | TRST_n | 8 | TMS |
| 3 | TCK | 9 | SRST_n |
| 4 | 10 | ||
| 5 | GBD | 11 | GND |
| 6 | VCC | 12 | VCC |
Olimex JTAG ARM-USB-TINY-H はARMの20PINのJTAGになります。
| PIN # | Signal name | PIN # | Signal name |
|---|---|---|---|
| 1 | VREF | 2 | VREF |
| 3 | TTRST_N | 4 | GND |
| 5 | TTDI | 6 | GND |
| 7 | TTMS | 8 | GND |
| 9 | TTCK | 10 | GND |
| 11 | TRTCK | 12 | GND |
| 13 | TTDO | 14 | GND |
| 15 | TSRST_N | 16 | GND |
| 17 | NOT CONNECTED | 18 | GND |
| 19 | TARGET SUPPLY | 20 | GND |
信号の６PINとGNDを上記のPMOD Dに接続します。
3-2. Arduino IDEを使ってアプリを動かす
- Arduino IDEのセットアップはHiFiveの場合（http://qiita.com/mune10/items/2d62d48d92915d5105ba ）と同じです。
- Tools -> Board で Freedom E300 DevKit を選択
- Tools -> Programmer で SiFive OpenOCD を選択
2017−1−17時点(最初のFPGAコード)
OpenOCDがうまく動かないので、＄HOME/.arduino15/packages/sifive/riscv/1.0.1/freedom-e-sdk/bsp/env/freedom-e300-arty/openocd.cfg を下記のように修正しておきます。
adapter_khz 10000
#source [find interface/ftdi/olimex-arm-usb-tiny-h.cfg]
interface ftdi
ftdi_device_desc "Olimex OpenOCD JTAG ARM-USB-TINY-H"
ftdi_vid_pid 0x15ba 0x002a
ftdi_layout_init 0x0808 0x0a1b
ftdi_layout_signal nSRST -oe 0x0200
ftdi_layout_signal nTRST -data 0x0100 -oe 0x0100
ftdi_layout_signal LED -data 0x0800
set _CHIPNAME riscv
jtag newtap $_CHIPNAME cpu -irlen 5 -expected-id 0x10e31913
set _TARGETNAME $_CHIPNAME.cpu
target create $_TARGETNAME riscv -chain-position $_TARGETNAME
$_TARGETNAME configure -work-area-phys 0x80000000 -work-area-size 10000 -work-area-backup 1
flash bank my_first_flash fespi 0x20000000 0 0 0 $_TARGETNAME
init
#reset
halt
flash protect 0 64 last off
interface/ftdi/olimex-arm-usb-tiny-h.cfgがうまく見つけられないようなので、Olimexの設定を直接書き込んでおきます。あとFlashのProtectionを外すコマンドがコメントアウトされているので、元に戻しておきます。（この問題はForumでも指摘されているので、今後修正されると思います）
2017−10−03時点(2017年8月更新のFPGAコード)
新しいFPFAイメージだと、上記の方法ではUploadがうまく動きません。Forumにこの問題と修正方法のスレッドが有ります（https://forums.sifive.com/t/freedom-e300-mcs-file-not-working/710）。＄HOME/.arduino15/packages/sifive/hardware/riscv/1.0.2/freedom-e-sdk/bsp/env/freedom-e300-arty/openocd.cfg を下記のように修正しておきます。
adapter_khz 10000
#source [find interface/ftdi/olimex-arm-usb-tiny-h.cfg]
interface ftdi
ftdi_device_desc "Olimex OpenOCD JTAG ARM-USB-TINY-H"
ftdi_vid_pid 0x15ba 0x002a
ftdi_layout_init 0x0808 0x0a1b
ftdi_layout_signal nSRST -oe 0x0200
ftdi_layout_signal nTRST -data 0x0100 -oe 0x0100
ftdi_layout_signal LED -data 0x0800
#
set _CHIPNAME riscv
#jtag newtap $_CHIPNAME cpu -irlen 5 -expected-id 0x10e31913
jtag newtap $_CHIPNAME cpu -irlen 5
set _TARGETNAME $_CHIPNAME.cpu
target create $_TARGETNAME riscv -chain-position $_TARGETNAME
$_TARGETNAME configure -work-area-phys 0x80000000 -work-area-size 10000 -work-area-backup 1
#flash bank my_first_flash fespi 0x20000000 0 0 0 $_TARGETNAME
flash bank my_first_flash fespi 0x20000000 0 0 0 $_TARGETNAME 0x10014000
init
#reset
if {[ info exists pulse_srst]} {
ftdi_set_signal nSRST 0
ftdi_set_signal nSRST z
}
halt
#flash protect 0 64 last off
あとOpenOCDも最新の物に差し替えておきます。
＄HOME/.arduino15/packages/sifive/tools
wget https://static.dev.sifive.com/dev-tools/riscv-openocd-20170612-x86_64-linux-centos6.tar.gz
tar xvfz riscv-openocd-20170612-x86_64-linux-centos6.tar.gz
＄HOME/.arduino15/packages/sifive/hardware/riscv/1.0.2/platform.txt ファイルを上記を使うようにパスを（無理やり）修正しておきます。 SDK周りは最新のRISCVにまだ更新されていないので騙し騙し使います。
3-3. アプリの実行
あとは、Arduino IDEで BlinkサンプルをCompile＆Uploadすれば、ArtyのLD1が赤く点滅します。
3-4. コメント
JTAGアダプターはOlimex以外も使えると思いますが、OpenOCD周りで修正が必要になります。
4. 参照
- Freedom E300 Platform Brief
- Freedom E300 Platform Reference Manual
- Forum
- Github
- Digilent Arty A7 with Xilinx Artix-7 Implementing SiFive FE310 RISC-V
- https://www.digikey.com/eewiki/display/LOGIC/Digilent+Arty+A7+with+Xilinx+Artix-7+Implementing+SiFive+FE310+RISC-V
- Arty 100Tを使う手順の記載があります。通常は35Tで十分ですが、回路を追加するとギリギリになる場合は(少し高いですが)100Tを使ったほうがFPGAに余裕ができて作業は快適です。
5. 更新履歴
- 2017-01-17 初版
- 2017-07-09 e300artydevkit-updateのブランチを使用してみる
- 2017-10-03 8月に新しいRocket-CoreをベースにFreedomがアップデートされたので内容を更新
- 2019-05-11 DigikeyのWikiを参照に追加