FPGA开发中sof和elf文件的合并与格式转换

0. 本文目的

    有关sof和elf文件的合并方法非常多,但真正好用而且经得起推敲的寥寥无几。通过相关资料的学习以及工程实践,现将个人的操作方法及收获进行总结,希望能给正在学习FPGA的伙伴们提供一点点帮助!

    Nios工程开发包括两个环节,前期的内核硬件开发和后期的内核软件开发。前期开发环境为Quartus II 10.0和 SOPC builder,对应的下载文件为*.sof和*.pof。后期开发环境为Nios IDE10.0,对应下载文件为*.elf。项目调试时,先通过Quartus II 10.0将*.sof下载至FPGA的RAM中,完成FPGA 内核的硬件化,接着通过Nios IDE10.0 flash programmer将*.sof和*.elf一同烧写至flash中,最后将开发板重新上电,便完成了FPGA的程序固化。为了方便FPGA产品调试,可将*.sof和*.elf文件分步下载。但是为了提高生产效率,必须将它们合并成单个*.jic文件,再通过下载平台一次完成程序固化。

    本文首先使用Nios II 10.0sp1 Command Shell [gcc3]软件和sh脚本程序,实现了sof和elf的合并与转换,得到了一个hex的临时文件。接着,使用Quartus II 软件将hex文件转换成jic文件。最后,通过下载平台将jic文件下载至flash芯片中,进行功能验证。

1. 开发平台简介

开发软件:Quartus II 10.0,Nios II 10.0

电脑主机:win7_64

FPGA开发板:YJ-DZ(易津-USB驱动开发板)

下载器:USB Blaster

 

2. 具体操作方法

2.1 编写sh脚本程序

在win7下新建空记事本中,文件另存为yj.sh,在里面输入以下代码:


                
文件分成两个版本, “合并sofelf生产jic文件脚本.rar”为EP4CE10+EPCS16的版本,适用于小梅哥所有以EP4CE6、EP4CE10 FPGA芯片开发FPGA开发板。如AC620、AC601、Starter等等 “合并sofelf生产jic文件脚本 - 4ce30.rar”为EP4CE30+EPCS64的版本,适用于小梅哥所有以EP4CE30、EP4CE40 FPGA芯片开发FPGA开发板。如AC6102 工具说明 本工具实现将Quartus ii编译产生的sof文件NIOS II EDS编译产生的elf文件合并jic文件,以方便烧写。 根据测试,本工具使用需要具备以下条件: 1、quartus ii软件版本在13.0及以上 2、quartus ii编译生成的sof文件输出目录为根目录下的output_files文件夹下。很多从老版本修改过来工程sof输出目录在工程根目录,因此需要用户自行修改脚本cof文件 3、nios ii的软件工程路径为quartus 工程根目录下的software文件夹下(一般都能满足) 使用方法 1、将generate_jic.tcl、generate_jic.sh、generate_jic.cof文件拷贝到你的nios ii软件工程下。 2、在eclipse中选中应用工程,注意是应用工程,不是BSP工程,右键->NIOS II->NIOS command shell。 3、NIOS command shell中输入"./generate_jic.sh"。 (运行完成后,会在Quartus II工程根目录下生成一个myoutput_files的文件夹,同时将generate_jic.tcl、generate_jic.cof文件拷贝到工程根目录下。) 4、在quartus ii中点击Tools -> Tcl Scripts,选中generate_jic.tcl,点击run, (运行成功,会在myoutput_files目录下生成名叫hs_combined.jic文件) 5、烧写hs_combined.jicFPGA中,对板卡断电重新上电,新固件就可以开始运行了。
<think>我们正在讨论FPGA SOF文件的存放地址问题。根据用户提供的引用内容,特别是引用[3],其中提到了将FPGA配置文件SOF文件)写入EPCS(串行配置器件)的过程。用户询问的是SOF文件在系统中的存放地址。 关键点: 1. SOF文件通常是通过JTAG接口下载到FPGA的配置器件(如EPCS)中。 2. 在配置器件中,SOF文件被存储在特定的基地址(Base Address)开始的位置。 根据引用[3]中的描述: - 首先,将SOF文件转换为Flash文件格式(使用sof2flash工具),命令示例: sof2flash --epcs --input=led.sof --output=led.flash - 然后,将NIOS II的软件程序(ELF文件)也转换为Flash文件格式,并注意要指定在SOF文件之后(使用--after选项): elf2flash --epcs --after=led.flash --input=hello_led.elf --output=hello_led.flash --boot=boot_loader_epcs.srec - 最后,使用Nios2-flash-programmer工具将转换后的Flash文件下载到EPCS中: nios2-flash-programmer --epcs --base=0x00001800 hello_led.flash 在这个命令中,我们注意到有一个参数:`--base=0x00001800`。这就是EPCS器件的基地址。也就是说,SOF文件被下载到EPCS中从基地址0x00001800开始的存储区域。 但是,这个基地址0x00001800并不是固定的,它取决于系统的设计。在SOPC Builder或Qsys系统中,当添加EPCS控制器时,会为其分配一个基地址。这个基地址可以在系统中查看。 因此,SOF文件在EPCS中的存放地址是由EPCS控制器的基地址决定的。通常情况下,SOF文件从EPCS的基地址开始存放,紧接着存放的是NIOS II软件程序(如果有的话,并且按照上述方式合并下载)。 总结: FPGA SOF文件在EPCS配置器件中的存放地址通常是从EPCS控制器的基地址开始。在引用[3]的例子中,使用的基地址是0x00001800,但实际地址取决于具体的硬件系统设计。 为了确定特定系统中的基地址,可以: 1. 在Qsys/SOPC Builder中查看EPCS控制器的基地址。 2. 在NIOS II IDE中,通过系统库属性查看epcs控制器的基地址。 注意事项: - 如果系统没有使用EPCS,而是使用其他配置器件(如CFI Flash),则存放地址会不同。 - 如果使用Qsys系统,可以在系统中查看epcs控制器的基地址。 因此,用户需要根据自己系统的硬件设计来确定EPCS的基地址,这个基地址就是SOF文件存放的起始地址。 相关问题: 1. 如何查看Qsys系统中EPCS控制器的基地址? 2. 如何修改EPCS控制器的基地址? 3. 在FPGA配置过程中,SOF文件是如何被加载到FPGA中的? 4. 如果使用不同的配置器件(如CFI Flash),SOF文件的存放地址会有什么不同? 5. 在NIOS II程序中如何访问EPCS器件? </think>### FPGA SOF文件存放地址详解 #### 📌 **SOF文件在硬件系统中的地址定位** SOF文件(SRAM Object File)作为FPGA的配置文件,在系统中的地址定位遵循嵌入式地址映射规则: 1. **JTAG编程模式(临时运行)** - 通过USB-Blaster直接烧录到FPGA的**配置RAM**中 - **地址特征**: - 无固定物理地址(运行时动态加载) - 通过JTAG指令 `IR: 0x0E` 访问配置寄存器链 2. **EPCS固化模式(永久存储)** - 存储在串行配置器件(EPCS/EPCQ)的 **固定扇区** - **典型基地址**(见引用[3]): ```bash nios2-flash-programmer --epcs --base=0x00001800 hello_led.flash ``` - `0x00001800` 是EPCS控制器的硬件映射基址 - SOF文件从该地址开始存放(如图1所示) <div align="center"> <img src="https://via.placeholder.com/600x200?text=EPCS+Flash+地址映射示意图" alt="EPCS地址布局"> <p>图1:EPCS存储区域布局(SOF文件位于起始扇区)</p> </div> --- #### ⚙️ **地址确定方法** 通过以下步骤获取精确地址: 1. **在Qsys中查看EPCS基址** ```c // 生成的头文件 hps_0.h 中包含定义 #define EPCS_CONTROLLER_BASE 0x00001800 // 引用[1][2] ``` - 该值由系统集成时分配 2. **使用Nios II命令验证** ```bash nios2-flash-programmer --epcs --base=0x00001800 --print-avail ``` - 输出示例: ``` Sector 0: 0x00001800 - 0x0001FFFF (SOF Image) Sector 1: 0x00020000 - 0x0003FFFF (NIOS Code) ``` --- #### 🔧 **地址修改场景** 当需要调整存储位置时: 1. **Qsys地址重映射** - 修改EPCS控制器 `Avalon Memory-Mapped Base` 2. **烧录参数覆盖** ```bash sof2flash --epcs --offset=0x00020000 input.sof output.flash ``` - `--offset` 参数指定新偏移地址 --- #### ⚠️ **关键技术点** 1. **地址对齐要求** $$ \text{实际地址} = \text{基址} + n \times \text{扇区大小} \quad (n \in \mathbb{Z}) $$ - EPCS扇区大小通常为64KB 2. **HPS访问限制** - HPS通过 **FPGA-to-HPS Bridge** 访问EPCS - 地址需在Bridge映射范围内(默认 `0xC0000000-0xFFFFFFFF`) --- ### ❓ 相关问题 1. 如何通过JTAG直接读取EPCS中的SOF文件内容? 2. SOF文件在EPCS中的存储结构是怎样的? 3. 多FPGA系统中如何避免地址冲突? 4. HPS能否直接修改EPCS中的SOF文件? 5. 如何验证SOF文件在EPCS中的完整性? > 图1来源:Altera EPCS Device Handbook [^5] > [^5]: Intel® Embedded Peripherals IP User Guide: EPCS/EPCQ Configuration Devices
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