时间：2025-02-25 来源：FPGA_UCY 关于我们 0
软硬件开发层次
设计总是从硬件到软件，硬件在底层，软件在顶层。
用FPGA配置成SOC之后，他还只是个空壳子，SOC的工作依赖一条条指令，生成指令是软件干的事，你需要用C或汇编写程序，写好的程序通过编译生成汇编代码，汇编代码通过arm指令集的对应转换，生成机器码。将机器码存在SOC的存储器，这时候SOC就能根据指令执行了。
SOC开发流程
1）我们用描述完一个soc之后，要用编译，综合和实现，用硬件实现soc功能；
2）keil将c或汇编转换为机器码，仿真过程中将机器码作为描述的ram的初始化内容，就可以进行仿真了；
3）仿真工具可以选用自带仿真，也可使用。仿真后看到预期波形后，就可以将机器码下载到soc中，soc就可以执行你所编写的程序，开发板可以看到和波形预期的结果。
认识总线
认识总线的过程很麻烦，很痛苦，但要设计soc必须要和总线打交道，硬着头皮看吧，假设大家已经了解总线知识了。
Map
我们挂在总线上的外设，在处理器核看来，只是 map上一块连续区域，例如下图所示，其地址编码为 -，那么处理器核通过 AHB 总线发出的任何一次总线操作，只要地址总线上的值在 - 之间，都认为是处理器核在向 提出总线操作。
总线扩展
当SOC有多个外设，单处理器核只有一个总线接口的情况下，就需要有总线扩展模块，使处理器核能访问多个外设。下图是单主机总线扩展模块，主要由两部分组成： 与 Slave MUX。
的作用是对地址总线进行译码，生成对应的外设的选择信号，同样以 外设为例，由于其地址编码为 -，那么只要地址总线HADDR 的高 16bit 为 时，地址总线的值必定处于 的地址编码区域中，则判定为处理器核对 提起的一次总线操作，因此 对应的选择信号HSEL 将会被置位有效；
需要注意的是， 对于每个外设， 利用地址总线生成选择信号 HSEL 所需要的宽度是不同的。例如 的地址编码为 -，其有效长度为-，那么 对于的选择信号（）需要对 HADDR 的高 16bit 进行译码；而 的地址编码为 0f，其有效长度为 0x0-0xf，因此 对应的选择信号需要对 HADDR 的高28bit 进行译码。
Slave MUX 的作用则是选中slave返回的数据，即通过每个外设的选择信号，对所有外设返回的读取数据（）、响应信号（HRESP）以及反馈信号（）进行选择，保证返回给 端口的数据来自于当前总线操作的目标外设。 例如当前总线操作是读取 的数据，那么所有外设的选择信号中只有 对应的选择信号为‘1’，其他所有选择信号为‘0’，那么 Slave MUX 则根据这些选择信号选中 返回的数据，保证处理器核能够正确读取。
每增加一个外设，只需要将外设Slave接口与上图 接口相连接，再在 模块中添加对应的译码模块生成选择信号即可。
搭建SOC实例
本实验的目的是认识总线、 RAM、汇编与调试，走完soc设计流程；工程在我的主页免费下载；
实验要求：
在裸核+总线扩展模块的基础上，添加 Block RAM 与 BRAM总线接口模块，并将其接入总线扩展模块预留的 接口下，然后完成 模块中对 RAM 的译码，最终经过 编译、综合、实现，下载至 FPGA 中。完成硬件设计后，本节实验还需要学习 keil 的使用，以及编写简单的汇编代码，并通过调试器将代码下载至 SoC 中，利用 keil 进行调试运行。下图是本实验搭建的soc
1.硬件部分
1.找到.v” 文件，修改 模块代码。
A. 在端口参数部分，令 使能有效。（将 = 0 改为 1）
B. 生成选择信号，根据 map 来修改， 的总线编码为 -，因为对于一次总线操作，只要地址总线的高 16 位为 0，则 认为这是一次对指令存储器的操作。（将 = 1’b0 改为 = (HADDR[31:16] == 16’h0000) ? : 1’b0）
2.在顶层文件中将 总线接口与总线扩展模块连接
在.v 中，已经完成了处理器核、总线扩展模块、 总线接口模块以及 Block RAM 模块的例化（调用这些模块，将这些模块添加至设计里面） ， 但未在总线扩展模块接口部分连接 总线接口。方法如下
将这段代码
/* Connect to Interconnect Port 0 */
.HCLK (clk),
.HRESETn (cpuresetn),
.HSEL (/*Port 0*/),
.HADDR (/*Port 0*/),
.HPROT (/*Port 0*/),
.HSIZE (/*Port 0*/),
.HTRANS (/*Port 0*/),
.HWDATA (/*Port 0*/),
.HWRITE (/*Port 0*/),
.HRDATA (/*Port 0*/),
.HREADY (/*Port 0*/),
.HREADYOUT (/*Port 0*/),
.HRESP (/*Port 0*/),
.BRAM_ADDR (RAMCODE_ADDR),
.BRAM_RDATA (RAMCODE_RDATA),
.BRAM_WDATA (RAMCODE_WDATA),
.BRAM_WRITE (RAMCODE_WRITE)
改为如下代码
/* Connect to Interconnect Port 0 */
.HCLK (clk),
.HRESETn (cpuresetn),
.HSEL (HSEL_P0),
.HADDR (HADDR_P0),
.HPROT (HPROT_P0),
.HSIZE (HSIZE_P0),
.HTRANS (HTRANS_P0),
.HWDATA (HWDATA_P0),
.HWRITE (HWRITE_P0),
.HRDATA (HRDATA_P0),
.HREADY (HREADY_P0),
.HREADYOUT (HREADYOUT_P0),
.HRESP (HRESP_P0),
.BRAM_ADDR (RAMCODE_ADDR),
.BRAM_RDATA (RAMCODE_RDATA),
.BRAM_WDATA (RAMCODE_WDATA),
.BRAM_WRITE (RAMCODE_WRITE)
硬件部分已改完
2.汇编、启动与 Keil 工具
软件部分只需修改启动代码“.s“
1）打开 Keil， 点击左上角 菜单，选择 new ，在“keil” 文件夹下新建名为 code 的工程，在第一个弹框初并选择
2.在左侧 导航栏中，展开 ，右键点击 Group 1,在工程中添加之前编写的汇编文件
3.在左边导航栏处右键点击 1，选择 ，对 栏进行配置。此步骤为将片上起始地址为 ，大小为 的 作为ROM， Keil 将会通过调试器把程序下载到这一段存储器中。
4.在 栏处修改输出文件夹，点击 for ，将输出文件地址从 改为上一级文件夹地址，及工程所在文件夹地址
5.勾选 Run #1,并在后面添加" -cvf .\code.axf --vhx --32x1 -o code.hex"
勾选 Run #2，并在后面添加：“ -cvf .\code.axf -o code.txt”
6.在 处勾选 Use from 以及 Don’
7. 在 Debug 处取消勾选 Load at ， 选择 CMSIS- 并在工程目录下新建名为 code.ini 的启动脚本文件(在keil文件夹)
8.进入 ，选择 Flash 栏目，由于我们没有 Flash，所以选择 Do not Erase，并且取消勾选 以及
9.在 出取消勾选
10.在“keil/.s” 文件中，实现 ARM 汇编编写计数，使得 R0 从 0 计数到 4 后重新开始计数，循环往复。在启动代码中加入下面这段程序
;Inset a loop algorithm there;
MOVS R1, #4
Clear MOVS R0, #0
Adder ADDS R0, R0, #1
CMP R0, R1
BEQ Clear
BNE Adder
11.编译
12.去,把生成的hex文件路径添加到RAM中，然后编译，生成比特流文件，然后到keil里调试。由于接下来这些步骤本人主页都可找得到。不加以赘述。
13.最终的实验现象：在红框 1 处为 CPU 内部寄存器的值，能够实时显示每一步寄存器值的变化，而在红框2 处为当前执行的汇编代码以及代码地址，在红框 3 处显示的是当前执行的源代码，这里的源代码既可以是汇编代码也可以是 C 语言代码。根据之前汇编语言编写的循环计数，在红框 1 处的 R1 的值保持为 4，而 R0 则应该在 0-4 之间循环计数。至此我们完成了最小 SoC 的设计，完成 AHB 总线扩展编写了 BRAM 以及 RAM 总线接口，编写了汇编代码并成功仿真与调试， SoC 的整个设计流程大致如此。
