Использование LatticeMico32 на примере отладочной платы VE-LCMXO27000HC.

LatticeMico32 является 32-разрядным микропроцессором с soft core, разработанным Lattice Semiconductor и оптимизированным для программируемых вентильных матриц (FPGA). Он использует Гарвардскую архитектуру, что означает, что шины инструкции и данных являются отдельными. Логика арбитража шин может быть использована для объединения двух шин, при желании.

LatticeMico32 лицензируется по бесплатной лицензии. Это означает, что Mico32 не ограничивается ПЛИС Lattice, и может быть легально использован на любой хост-архитектуры (ПЛИС, asic или эмуляции программного обеспечения (например, в qemu)). Можно встроить LatticeMico32 ядра в ПЛИС xilinx и altera.

Давайте приступим к созданию этого процессора для нашей платы VE-LCMXO27000HC!

Для начала скачаем среду разработки с сайта Lattice

После установки запускаем LMS 1.0 for Diamond 3.10. На этом шаге нам необходимо выбрать путь к каталогу workspace:

Рис. 1: Создание нового проекта в LMS 1.0 for Diamond 3.10

Нажав OK мы увидим девственно чистое окно Eclipse:

Рис. 2: Новый проект

Выбираем File->New Platform. Откроется окно конфигурации новой платформы для конкретной FPGA платы. Указываем частоту установленного генератора- 50 МГц, требуемый процессор- LM32, тип установленной FPGA- LCMXO27000HC. Также укажем имя и папку для нашего проекта и выбираем FINISH

Рис. 3: Создание новой платформы FPGA платы

На левой панели мы видим возможные блоки, которые можно добавить к нашей SOC:

Рис. 4: Блоки SOC

Для начала добавим собственно сам процессор. На странице настроек выключим кэш данных и инструкций. С ними у меня почему-то нормально не завелась отладка:

Рис. 5: Процессор LatticeMico32

Далее добавим статическую память SRAM. Количество циклов чтения/записи необходимо установить равным 2. Ширина шины адреса 19 бит, шины данных 8 бит. Включаем Registered data output:

Рис. 6: Статическая память SRAM

В заключение добавим модуль вывода данных. Тип выберем Output Ports Only, ширину 32 бита:

Рис. 7: Модуль вывода данных GPIO

Далее соединим нашими модули с шинами данных и инструкций:

Рис. 8: Готовый микропроцессор LM32

Выбираем пункт меню Platform Tools->Run Generator. Если не допущено никаких ошибок мы получим сгенерированные файлы нашего проекта:

Рис. 9: Генерация файлов микропроцессор LatticeMico32

На этом настройка нашего проекта закончена. На следующем шаге добавим виртуальные индикаторы, из нашего предыдущего проекта Виртуальные светодиоды и 7-ми сегментный индикатор. Для этого добавим файлы display.v, hvsync.v, vga_leds.v а также создадим модуль синтезатора частоты pll с двумя частотами 74 МГц для VGA модуля и 100 МГц для процессора:

Рис. 10: Добавление файлов виртуальных индикаторов

Модуль верхнего уровня должен выглядеть следующим образом:

Verilog Code:
module vga_leds(
			input wire CLK50MHZ,
			 // outputs:
			output wire hsync,
			output wire vsync,
 
			//high-color test video signal
			output wire [3:0]r,
			output wire [3:0]g,
			output wire [3:0]b,
 
			//SRAM
			inout wire [7:0]sram_data,
			output wire [18:0]sram_adr,
			output wire sram_wen,
			output wire sram_oen,
			output wire sram_csn
			);
 
wire w_clk_video;
wire w_clk_cpu;
wire w_locked;
 
main_pll main_pll_inst(
			.CLKI(CLK50MHZ ),
			.CLKOP(w_clk_video ), 
			.CLKOS(w_clk_cpu),
			.LOCK( w_locked)
			);
 
wire [31:0]counter;
 
mico_cpu mico_cpu_inst( 
	.clk_i(w_clk_cpu),
	.reset_n(w_locked),
	.sramsram_wen(sram_wen),
	.sramsram_data(sram_data),
	.sramsram_addr(sram_adr),
	.sramsram_csn(sram_csn),
	.sramsram_be(),
	.sramsram_oen(sram_oen),
	.gpioPIO_OUT(counter)
);
 
 
display display_inst(
		.reset( ~w_locked ),
		.clk_video( w_clk_video ),
		.red_leds( counter[15:0] ),
		.green_leds( counter[15:0] ),
		.segments( counter[15:0] ),
		.hsync (hsync),
		.vsync (vsync),
 		.r (r),
		.g (g),
		.b (b)
	   );
 
endmodule

Компилируем наш проект:

Рис. 11: Синтезированный проект процессора LatticeMico32

Заливаем полученный битстрим в плату:

Рис. 12: Конфигурация платы VE-LCMXO27000HC

В принципе на этом этапе мы уже имеем работающий процессор! Но сам по себе он не представляет никакого интереса. Поэтому займемся созданием программы для нашего процессора. Для этого возвращаемся в Eclipse, переключаемся на вкладку C/C++ и выбираем File->New->Mico Managed Make C Project. Выбираем имя проекта led_test и в качестве шаблона применим LEDTest small size:

Рис. 13: Новый проект для LM32

В файле LEDTest_small_size.c меняем название порта GPIO с LED_BASE_ADDRESS на GPIO_BASE_ADDRESS. После этого наш код будет выглядеть следующим образом:

C++ Code:
/**************************************************************
 * This example exercises LEDs on LatticeMico32 Development   *
 * board.                                                     *
 *                                                            *
 * The implementation in this file is targeted for a size     *
 * smaller than the LEDTest template implementation.  To      *
 * achieve this, the default LatticeDDInit function is over-  *
 * ridden by providing a DDInit.c in the project.             *
 *                                                            *
 * Unlike LEDTest, f/printf functions are non-functional in   *
 * LEDTest_small_size                                         *
 *                                                            *
 *                                                            *
 *------------------------------------------------------------*
 * PREREQUISITES:                                             *
 *                                                            *                                                                                                    
 * - GPIO with 8-bit output named LED connected to the        *
 *   board's LED pins.                                        *
 *                                                            *
 * - NOTE: IF YOU INTEND TO USE PRINTF, PLEASE MAKE CHANGES TO*
 *   DDINIT.C                                                 *
 *                                                            *
 **************************************************************/
#include "MicoUtils.h"
#include "system_conf.h"
 
int main(void)
{
    unsigned char iValue = 0x1;
    unsigned char iShiftLeft = 1;
 
    /* scroll the LEDs, every 100 msecs forever */
    while(1) {
        /* update GPIO output */
        *((volatile unsigned char*)(GPIO_BASE_ADDRESS)) = ~iValue;
 
        /*
         * sleep for approximately 100 msecs;
         *
         * NOTE: MicoSleepMilliSecs is not precise and
         * can fluctuate significantly for processor configurations
         * without caches
         */
        MicoSleepMilliSecs(100);
 
        /* determine next value */
        if (iShiftLeft == 1) {
            if (iValue == 0x80) {
                iShiftLeft = 0;
                iValue = 0x40;
            } else {
                iValue = iValue << 1;
            }
        } else {
            if (iValue == 0x01) {
                iShiftLeft = 1;
                iValue = 0x02;
            } else {
                iValue = iValue >> 1;
            }
        }
    }
 
    /* all done */
    return(0);
}

Выбираем Project->Build project:

Рис. 14: Результат компиляции

Осталось настроить отладку. Для этого выбираем Run->Debug configurations... В появившемся окне делаем двойной клик мышью на пункте mico32 hardware. Автоматически должна создаться конфигурация дебаггера:

Рис. 15: Настройка дебаггера

Жмем Debug! Если все настроено верно мы увидим окно отладки:

Рис. 16: Отладка проекта

Видео работы нашего процессора:

Проект дизайна микропроцессора LatticeMico32 для платы VE-LCMXO27000HC: mico_cpu.zip