【基于DesignStart的M3 SoC】

ARM_M3 based SoC的快捷方法:使用arm DesignerStart开放的Cortex M3搭建SoC;

1 Arm based SoC简介

基于Cortex-M3搭建SoC;
基于自定义的功能IP并集成：w：w到SoC中；
在SoC系统上进行软件开发
在FPGA开发板上搭建SoC的验证原型；
通过搭建SoC，可以很好的学习从功能定义到FPGA/仿真上来验证跑完的流程；

1.1 ARM-M3

1 M3简介

32bit addr/data；
总线接口AHB-Lite；I/D/S
支持NMI以及最大支持240物理中断；
三级流水线；
使用Thumb/Thumb2 ISA的一个子集；

2 启动流程

M3启动流程：
1.在复位使能时，CPU处于reset状态；
2.复位释放后，从地址0x0000_0000出加载栈顶地址，及汇编代码中_vector的第一行则为栈顶地址；
3.从地址0x0000_0004初加载复位处理函数的地址；
4.PC改变为0x0000_0004中的值，开始执行复位处理，同时CPU的工作状态从异常模式切换为线程模式，开始正常工作；

3 中断

1.CPU接收到中断信号（IRQ/NMI/systick等）；
2.寄存器入栈
3.根据中断信号查找中断向量表(对应汇编启动代码中的_Vector字段);
4.中断处理函数执行完成后，寄存器出战，PC跳转；
根据中断向量表的编号—>进入ISA程序；

ISA中C程序执行关键信号：
Hxxxx(以H开头的信号) HBus总线
vis_rX_O 通用寄存器，通过仿真观察这些寄存器能够知道相关汇编指令是否正常执行(ADD、MOV)
vis_msp_o 栈指针
vis_r14_o 链接寄存器，程序返回出错时需要检查此寄存器
vis_pc_o 程序计数器，可以用来判断处理器是否在正常运行
vis_ipsr_o 中断状态寄存器，当发生错误的时候，PSR的值会改变，用于判断发生何种类型错误；
LOCKUP 处理器处理NMI或者Hardfault时又发生错误后，处理器将会被死锁

1.2 处理器

1 Cortex-M3处理器核

直接在DesignStart上下载好M3软核；
DesignStart-M3面向个人的Eval和FPGA版本； 面向企业用户的Physical和Pro版本；
Eval版本：就是为网表级Verilog代码，可读性几乎为0；
FPGA版本：只有Xinlinx和Gowin版本；基本上用的最多的就是Xilinix的，搭配Keil,Jlink开发调试工具；FPGA上实现了arm内核后，就是相当于一颗通用单片机功能了；

2 例化接口配置

即M3顶层例化接口信号固接；根据功能进行信号分组；

3 AHB-Lite总线接口

该AHB总线是M3与外部进行交换信息的总线；
读写时序关系总线在这里就不介绍了；
AHB最主要的三个总线：I/D/S
I-AHB: I-mem;
D-AHB: D-mem;
S-AHB: 用于访问外设；

4 扩展外设

• 扩展Decoder；
• 在Interconnect中增加slave Port;
• 在Interconnect中将新增的Slave Port与扩展的Decoder Hsel信号以及Slave Mux连接；
• 扩展连接外设、外设接口、总线；
• C语言程序中编写外设接口结构体；

2 使用标准组件来定制

具体即为使用AMBA Designer来生成具体所需标准cmsdk组件；

2.1 轮子

使用AMBA Designer来避免重复造轮子；
大轮子：使用cmsdk来搭建总线系统； 小轮子：使用cmsdk外设； 自定义轮子：写外设驱动的两种方法；
轮子跑起来：外设驱动移植与startUP；
具体示例：利用cmsdk来搭建基本的SoC; 基于cmsdk的总线系统搭建；基于cmsdk的外设及其软件驱动移植；自己实现自定义外设的思路；
DesignStart: 一个CortexM3处理器核；一套CMSDK IP/工具；一个cmsdk搭建的样板SoC工程；
CMSDK: 1.AHB and APB Protocol; 2. 外设：GPIO,timers,watchdog, and uart; 3. M0/M3/M4 Processors; 4.编译和仿真脚本来创造Verilog的开发环境；5.软件驱动和例程；

2.2 开发方法

1.直接在模板工程上魔改；
2.以样板工程为参考，自己用cmsdk搭建；
–1. 全局同步时钟；
–2. BRAM的readmemh/readmemb;
技术社区帖子：使用cmsdk搭建CortexM3SoC；

2.3 需要软件

仿真：ModelSim
综合：VIVADO/Quartus;
WSL: make,Minicom；
软件调试：make; Minicom;

2.4 使用CMSDK搭建CortexM3SoC

具体分类包含以下部分：

• APB comoponents;
• Advanced AHB-Lite components;
• The memory models
• The verificatoins components;
  cmsdk_ahb_busmatrix/cmsdk_ahb_to_sram/cmsdk_fpga_sram/cmsdk_ahb_to_apb/cmsdk_ahb_to_apb_sync/cmsdk_ahb_default_slave;

1 AHB bus

配置文件都是XML文件；
1.cmsdk_ahb_busmatrix(remap):
2.cmsdk_ahb_to_apb_sync
3.cmsdk_ahb_slave_mux

decoder+arbiter;

2 软件driver

移植外设驱动.c文件；

接下来尝试用FPGA或者纯仿真来搭建一个M3的SoC，然后在跑起来C；