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如何用FPGA实现一个ARM Cortex-M3软核
上一篇文章介绍了ARM DesignStart计划,其中提到了Cortex-M1/M3 DesignStart FPGA版本,支持Xilinx
和国产Gowin平台,本篇文章将手把手教你如何基于ARM DesignStart计划,在FPGA上搭建一个Cortex-
M3软核处理器,以Xilinx Artix-7™系列FPGA为例,介绍如何定制一颗ARM Cortex-M3 SoC软核,并添加
GPIO和UART外设,使用Keil MDK环境开发应用程序,Jlink下载、调试ARM程序,最终的实现效果是LED
闪烁,串口输出Hello World信息。
都有哪些内容?
必要的基础知识
Cortex-M3 FPGA IP核下载
硬件准备
软件准备
Cortex-M3软核搭建
新建Vivado工程
添加IP核搜索路径
创建BlockDesign设计
添加IP核,GPIO和UART外设
SWD接口引出
外设基地址分配
管脚分配
Bit流文件生成下载
Cortex-M3软核程序设计
新建Keil工程
GPIO输入输出控制实现
串口数据发送和接收实现
延时函数实现
Flash编程算法生成
下载运行
开源地址
参考资料
本篇文章内容比较长,我已经将本文整理成了PDF文件,文中创建的Vivado工程,ARM Cortex-M3 IP核,
Keil-MDK工程,Flash编程算法文件等等资料,我都已经上传到GitHub、Gitee,文末可以查看开源地址。
或者关注我的公众号后台回复:220327,获取资料的下载地址。
必要的基础知识
为了更快的完成在FPGA上实现ARM Cortex-M3软核,一些必要的基础知识还是要有的!
FPGA开发基础知识,如FPGA开发流程,设计、综合、布局、布线、约束、下载
Xilinx Vivado开发环境使用基础,如BlockDesign设计方式,管脚分配,Bit流文件生成与下载
ARM Cortex-M3内核的使用基础,如STM32、MM32、GD32、CH32等微控制器的开发。
Keil-MDK开发环境的使用基础,基本的工程建立、编译、下载流程。
如果以上知识都具备,那么,恭喜你!可以在2小时内完成ARM Cortex-M3软核在FPGA上的实现。
Cortex-M3 FPGA IP核下载
首先,我们需要从ARM官网上获取ARM Cortex-M3 FPGA软核IP包。
下载地址如下:
https://silver.arm.com/browse/AT426
文件名称:Cortex-M3 DesignStart FPGA-Xilinx edition(r0p1-00rel0)
文件大小:7.52MB
MD5SUM:cd67536c29023429cde47130d51b6f49
官网下载需要先注册账号,如果下载速度很慢,可以在公众号后台回复:220318,获取下载链接,复制到
浏览器下载。
压缩包解压之后,共有4个文件夹:
各个文件夹存放的内容:
docs
存放ARM Cortex-M3处理器参考手册、DesignStart FPGA版本使用说明、基于Arty-A7开发板的顶层
BlockDesign框图等文件。
hardware
存放基于Digilent Arty-A7开发板的Vivado工程,顶层BlockDesign文件,管脚约束文件,Testbench文件
等。
software
存放Keil-MDK工程,SPI Flash的编程算法文件等。
vivado
包括DesignStart Cortex-M3 Xilinx FPGA版本的IP核文件,其中Arm_ipi_repository文件夹就是内核源文件
了,IP文件内容已经加密,没有可读性。
硬件准备
为了完成DS CM3在FPGA上的搭建,我们至少需要以下硬件:
一块Artix-7™开发板,用于构建Cortex-M3软核SoC,我使用的是正点原子达芬奇Pro开发板,
FPGA型号为XC7A100T。
Xilinx FPGA下载器,用于下载软核Bit流到FPGA,如Platform Usb Cable,JTAG-HS2/HS3等。
ARM Cortex-M3调试器,用于调试ARM核程序下载和调试,如Jlink调试器JlinkV9,Jlink-OB等。
官方的DS CM3 IP核是基于Digilent的Arty-A7开发板,FPGA型号为XC7A35T/100T,Vivado版本为
v2019.1,如果你手头正好有这块开发板,那么可以直接使用官方提供的示例工程。
Digilent Arty-A7开发板:
正点原子达芬奇Pro开发板:
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萱呀
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