NiosII_Boot分析

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1、1、概述……………………………………………………………………………….22、几种常见的Boot方式12.1从EPCS串行存贮器中Boot22.2从外部CFI并行Flash中Boot23、从EPCS中Boot23.1EPCS控制器的Bootloader分析33.2EPCS控制器43.3EPCS串行存贮器件64、从并行Flash中Boot64.1并行Flash配置控制器64.2直接在Flash中运行程序74.3在RAM中运行程序85、Bootloader解读95.1boot_loader.s解读10

2、5.2boot_loader_cfi_bits.s解读116、Crt0.s解读1419/191、概述NiosII的Boot过程要经历两个过程：（1）FPGA器件本身的配置过程：FPGA器件在外部配置控制器或自身携带的配置控制器的控制下配置FPGA的内部逻辑。如果内部逻辑中使用了NiosII，则配置完成的FPGA中包含有NiosII软核CPU。（2）NiosII本身的引导过程：FPGA配置成功后，NiosII被逻辑中的复位电路复位，从reset地址开始执行代码。NiosII的reset地址可以在S

3、OPCbuilder的“NiosIIMore‘CPU’setting”页表中设置。2、几种常见的Boot方式2.1从EPCS串行存贮器中Boot这种Boot方式，FPGA配置数据和NiosII程序都存放在EPCS器件中。FPGA配置数据放在最前面，程序放在后面，程序可能有多个段，每个段前面都插有一个“程序记录”。一个“程序记录”由2个32位的数据构成，一个是32位的整数，另一个是32位的地址，分别用于表示程序段本身的长度和程序段的运行时地址。这个“程序记录”用于帮助Bootloader把各个程序

4、段搬到程序执行时真正的位置。EPCS是串行存贮器，NiosII不能直接从EPCS中执行程序，它实际上是执行EPCS控制器的片内ROM中的代码（即Bootloader），把EPCS中的程序搬到RAM中执行。2.2 从外部CFI并行Flash中Boot这种Boot方式还可以分为2种情况：（1）程序直接在Flash中运行：这种情况程序不需要另外的Bootloader，NiosII复位时从reset地址（指向Flash内部）开始执行程序，程序必须有启动代码用于搬移.rwdata段（因为.rwdata段是

5、可读写的，不能存放在Flash中），同时如果.rodata段和.exceptions段连接时没有指定在Flash中的话，也会被搬到RAM中，并对.bss段清零，设置栈指针。这些工作都在Crt0.s中完成。（2）程序在RAM中运行：这种情况下需要有一个专门的Bootloader，它把存放在Flash中的各个程序段搬到执行时的真正位置。3、从EPCS中Boot要支持NiosII从EPCS中Boot，首先FPGA器件要支持主动串行配置。Altera的Cyclone、CycloneII和StratixI

6、I系列的FPGA支持AS配置。直到NiosII5.1版本，NiosII从EPCS中Boot在StratixII系列的FPGA上实现上仍有问题。所以这种方式主要用于Cyclone和CycloneII系列的器件。19/19为实现这种Boot方式，用户必须在SOPCBuilder中添加一个EPCS控制器，无须给它分配管腿，QuartusII会自动将它分配到专用管腿上。添加完EPCS控制器后，SOPCBuilder会给它分配一个BaseAddress，这个地址是EPCS控制器本身携带的片上ROM在Nio

7、sII系统中的基地址，里面存有Bootloader代码，用于引导整个过程。所以，必须在SOPCBuilder的“NiosIIMore‘CPU’setting”页表中把reset地址设置为这个基地址，使得NiosII复位后从这个地址开始执行以完成整个引导过程。3.1 EPCS控制器的Bootloader分析EPCS控制器带有一块片内ROM，内有Bootloader代码，NiosII就靠这段代码完成Boot过程。它把EPCS里的NiosII程序映像复制到RAM中，然后跳转到RAM中运行。程序映像是由

8、elf2flash输出的，Bootloader对被搬运的程序映像的位置和结构的解读必须和elf2flash工具一致。FPGA配置数据从EPCS中偏移为0的地址开始存放，紧挨着配置数据的是一个32位的整数，指示程序段的长度，接着是一个32位的地址，指示程序段执行时该程序段的地址，把这个长度和地址一起称为“程序记录”，“程序记录”随后就是程序段映像。一个程序可能有多个程序段，也就可能有多个“程序记录”和程序段映像。Bootloader必须知道FPGA配置数据的长度以读取配置数据后面的内容，不同型号的