目录
- 开发板介绍
- 下载仓库
- 工程设计
- 工程构建
- 构建流程
- 工程测试
- Hello World
- LED点灯
- Memory测速
- 替换BIOS
- 开发板信息
开发板介绍
手头目前只有一个购买的BoChenK7开发板，后续会用它来进行LiteX FPGA SoC的构建
测试可能会包括：
- LED：本篇文章
- DDR
- SPI Flash
- SD Card
- Ethernet以太网
- HDMI视频输入输出
- PCIe
下载仓库
LiteX有一个生态库叫做litex-boards，里面包含了上百种开发板（比如Xilinx、Digilent等品牌）
若是你手中有现成的开发板，可以直接使用litex-boards仓库：https://github.com/litex-hub/litex-boards
而我目前手头的是BoChenK7开发板我自己作了一个litex-boards-vacajk仓库：https://github.com/vacajk/litex-boards-vacajk
BoChenK7开发板在Python代码中的名称为：bochen_kintex7_base
litex-boards-vacajk仓库依赖LiteX开发环境，环境搭建方法可以跳转：【LiteX】使用Python实现FPGA SoC构建的开源工具
# 激活conda环境
conda activate <your conda env name>
# 进入litex环境目录
cd ~/Study/litex/env/litex
# 下载仓库
git clone git@github.com:vacajk/litex-boards-vacajk.git
# 安装仓库
cd litex-boards-vacajk
pip install --editable .
工程设计
bochen_kintex7_base开发板的基础配置文件：litex-boards-vacajk/litex_boards_vacajk/targets/bochen_kintex7_base.py
默认情况会开启如下配置：
- --cpu-type=vexriscv
- --with-led-chaser
其他默认不开启的配置包括：
- --with-sdram
- --with-spi-flash
- --with-sdcard
- --with-ethernet
- --with-etherbone
- --with-video-terminal
- --with-video-framebuffer
- --with-video-colorbars
工程构建
# 加载vivado开发环境
$ source ~/Xilinx/Vitis/2021.1/settings64.sh
# 找一个工程目录（如果使用python -m的方法，在哪里运行都无所谓）
$ cd ~/Study/litex/env/litex-boards-vacajk/litex_boards_vacajk
# 编译BIOS、综合、布局、布线、生成bitstream（我们使用默认配置即可实现Hello World和LED点灯的测试）
$ python -m litex_boards_vacajk.targets.bochen_kintex7_base --build
# 编译完成时的log（最后一步为生成bitstream）
Creating config memory files...
Creating bitstream load up from address 0x00000000
Loading bitfile bochen_kintex7_base.bit
Writing file ./bochen_kintex7_base.bin
Writing log file ./bochen_kintex7_base.prm
===================================
Configuration Memory information
===================================
File Format BIN
Interface SPIX4
Size 16M
Start Address 0x00000000
End Address 0x00FFFFFF
Addr1 Addr2 Date File(s)
0x00000000 0x001B35CB Aug 17 20:13:58 2024 bochen_kintex7_base.bit
0 Infos, 0 Warnings, 0 Critical Warnings and 0 Errors encountered.
write_cfgmem completed successfully
# quit
INFO: [Common 17-206] Exiting Vivado at Sat Aug 17 20:13:59 2024...
构建流程
作为第一个工程，这里简单介绍以下LiteX的整体构建流程（自己摸索总结）
TODO：详细介绍
- 运行Python脚本
- 所有LiteX的IP模块都是由Python编写并封装成类
- 运行Python脚本时如果发现有语法、连接错误问题，直接会被Python解释器报错
- 打印SoC结构
- 编译BIOS
- 生成Verilog
- 综合、布局、布线、生成bitstream
工程测试
连接JTAG(USB)、UART(USB)、电源(USB)到BoChenK7开发板
# 查看USB转串口设备名
$ ls /dev/ttyUSB*
/dev/ttyUSB0
# +x属性到USB转串口设备
$ sudo chmod +x /dev/ttyUSB0
提前打开新的BASH Shell，使用litex_term打开串口监听
# BASH B
$ cd ~/Study/litex/env/litex-boards-vacajk/litex_boards_vacajk
$ litex_term /dev/ttyUSB0
打开litex_term后，再进行FPGA bitstream下载
# BASH A
$ cd ~/Study/litex/env/litex-boards-vacajk/litex_boards_vacajk
$ python -m litex_boards_vacajk.targets.bochen_kintex7_base --load
Hello World
查看BASH A中的litex_term命令行
__ _ __ _ __
/ / (_) /____ | |/_/
/ /__/ / __/ -_)> <
/____/_/\__/\__/_/|_|
Build your hardware, easily!
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(c) Copyright 2007-2015 M-Labs
BIOS built on Aug 17 2024 20:11:57
BIOS CRC passed (6edd64b6)
LiteX git sha1: 35498b468
--=============== SoC ==================--
CPU: VexRiscv @ 100MHz
BUS: wishbone 32-bit @ 4GiB
CSR: 32-bit data
ROM: 128.0KiB
SRAM: 8.0KiB
--============== Boot ==================--
Booting from serial...
Press Q or ESC to abort boot completely.
sL5DdSMmkekro
Timeout
No boot medium found
--============= Console ================--
litex>
这个命令行控制窗口的打印我们就当它是Hello World了
如果想在其中添加一些自定义log，可以修改C代码：litex/litex/soc/software/bios/main.c
LED点灯
我们的构建中默认添加了LedChaser模块，对接了开发板上的8个LED
上电时，该模块会自动运行流水灯
TODO：照片
我们可以在litex_term命令行中对LED等进行控制
litex> help
leds - Set Leds value
# 查看LEDk控制命令：leds <value>
litex> leds
leds <value>
# 控制LED亮灭
litex> leds 0x55
Settings Leds to 0x55
litex> leds 0xAA
Settings Leds to 0xaa
litex> leds 0xff
Settings Leds to 0xff
litex> leds 0x00
Settings Leds to 0x0
litex>
Memory测速
除了上述的Hello World外，我们还能通过litex_term命令行作一些其它测试
# help查看所有命令
litex> help
LiteX BIOS, available commands:
leds - Set Leds value
flush_cpu_dcache - Flush CPU data cache
crc - Compute CRC32 of a part of the address space
ident - Identifier of the system
help - Print this help
serialboot - Boot from Serial (SFL)
reboot - Reboot
boot - Boot from Memory
mem_cmp - Compare memory content
mem_speed - Test memory speed
mem_test - Test memory access
mem_copy - Copy address space
mem_write - Write address space
mem_read - Read address space
mem_list - List available memory regions
# 查看SoC固件名称
litex> ident
Ident: LiteX SoC on Bochen Kintex7 Base 2024-08-17 20:11:56
# 查看SoC的Memory Map
## ROM：放BIOS程序固件
## SRAM：放BIOS程序固件及运行时程序，空余一些Memory可以作测试
## CSR：SoC寄存器空间
litex> mem_list
Available memory regions:
ROM 0x00000000 0x20000
SRAM 0x10000000 0x2000
CSR 0xf0000000 0x10000
# 测试SRAM读写速度
## 因为SRAM中包含了一些BIOS程序、变量等代码，我们只能取中间一小段对读写带宽进行测试
## 测试命令：mem_speed 0x10001000 0x400
## 测试范围：0x10001000~0x100013FFF
litex> mem_speed 0x10001000 0x400
Memspeed at 0x10001000 (Sequential, 1.0KiB)...
Write speed: 154.7MiB/s
Read speed: 84.9MiB/s
SoC运行速率为100MHz，总线带宽为32bit，理论最大带宽为32/8*100=400MB/s
mem_speed是32bit CPU软件读写SRAM带宽测试，利用率 154.7/400=38.7%，还不错
替换BIOS
之前在仿真时已经测试过替换BIOS的功能：【LiteX】【仿真】使用litex_sim在Python环境中实现FPGA SoC仿真测试
编译demo程序
# --build-path=build/bochen_kintex7_base：指向编译目录，该文件夹中包含了gateware和software子目录
# --mem=rom：告诉编译工具demo.bin运行在rom中（启动地址会和bios.bin相同）
$ cd ~/Study/litex/env/litex-boards-vacajk/litex_boards_vacajk
$ litex_bare_metal_demo --build-path=build/bochen_kintex7_base --mem=rom
构建烧录程序
# BASH A
$ cd ~/Study/litex/env/litex-boards-vacajk/litex_boards_vacajk
# 将demo.bin替换bios.bin，构建FPGA SoC
$ python -m litex_boards_vacajk.targets.bochen_kintex7_base --integrated-rom-init=demo.bin --build
# 下载bitstream到FPGA
$ python -m litex_boards_vacajk.targets.bochen_kintex7_base --integrated-rom-init=demo.bin --load
串口查看demo.bin运行
# BASH B
$ cd ~/Study/litex/env/litex-boards-vacajk/litex_boards_vacajk
$ litex_term /dev/ttyUSB0
LiteX minimal demo app built Aug 17 2024 21:16:24
Available commands:
help - Show this command
reboot - Reboot CPU
led - Led demo
donut - Spinning Donut demo
helloc - Hello C
litex-demo-app> helloc
Hello C demo...
C: Hello, world!
litex-demo-app> donut
Donut demo...
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litex-demo-app>
开发板信息
BoChenK7开发板的接口如下图，还是比较丰富的
