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3 months ago
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## 移植RT-Thread到Microsemi SmartFusion2系列FPGA芯片
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### 1. BSP简介
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移植 RT-Thread 操作系统到一款 **FPGA 芯片——M2S010** ，该芯片属于 [Microsemi](https://www.microsemi.com/)（现Microchip）SmartFusion2系列，是一款**智能混合型FPGA**，片上除了 FPGA Fabric 逻辑部分，还包括一个 **ARM® Cortex™-M3 内核的 MCU**，主频最高 166MHz ，256KB eNVM，64KB eSRAM，集成GPIO、UART、I2C、SPI、CAN、USB等基本外设。
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> 关于 Microsemi，第三大 FPGA 厂商，原 Actel 半导体，2010 年，Microsemi 收购 Actel，2018 年， Microchip 收购 Microsemi。
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SmartFusion2 内部框图
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### 2. 外设支持
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移植了 RT-Thread 内核，支持线程调度、线程间同步和通信等，目前已经完成了PIN、Serial设备驱动，FinSH组件默认使用uart0设备。
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| **片上外设** | **支持情况** |
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| GPIO | 支持 |
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| UART | 支持 |
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| SPI | 暂不支持 |
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| I2C | 暂不支持 |
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| RTC | 暂不支持 |
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| USB | 暂不支持 |
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### 3. scons构建系统
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通过加入`rtconfig.py`，`SConstruct`，`SConscript`文件，可支持scons构建系统，可以输入`scons`调用env工具中包含的arm-gcc编译器构建工程，支持以下scons命令：
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- `scons`：使用arm-gcc编译BSP
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- `scons -c`：清除执行 scons 时生成的临时文件和目标文件。
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- `scons --target=mdk4`：重新生成Keil MDK4环境下的工程。
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- `scons --target=mdk5`：重新生成Keil MDK5环境下的工程。
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- `scons --dist`：打包BSP工程，包括RT-Thread源码及BSP相关工程文件。
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添加Kconfig文件，用于生成rtconfig.h。
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### 4. 使用说明
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#### 4.1 FPGA 工程设计
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FPGA 部分使用 SmartDesign 图形化设计，不需要写 HDL 代码，时钟来自外部 50M 晶体输入，PLL 倍频 100M 提供给 MCU 使用，顶层配置如下图所示：
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MSS 部分仅使用到了GPIO 和UART，GPIO_0配置成输出输出模式用于驱动LED。
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配置完成的 FPGA 工程文件下载：[sf2_fpga_prj.rar](https://wcc-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/Libero/RT-Thread/sf2_fpga_prj.rar)
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#### 4.2 ARM 程序设计
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ARM 程序使用 Keil MDK 5.26 开发，需要安装 M2S 系列芯片支持包：[Microsemi.M2Sxxx.1.0.64.pack](http://www.actel-ip.com/repositories/CMSIS-Pack/Microsemi.M2Sxxx.1.0.64.pack)
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如果官网下载失败，可以到以下地址下载：[Microsemi.M2Sxxx.1.0.64.pack](https://wcc-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/Libero/RT-Thread/Microsemi.M2Sxxx.1.0.64.pack)
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在官方生成的示例工程目录下，添加 RT-Thread 相关组件，并实现一些对接函数，最终的文件结构：
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### 5. 下载和运行
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为了能使用 ARM 调试器连接到 ARM 内核，而不是 FPGA，需要把 JTAG_SEL 引脚置为低电平。使用 ARM 调试器，如 JLink，对应连接 JTAG 口的 TMS、TCK、GND 引脚，如果连接正常，可以检测到 ARM 芯片，如下图所示：
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配置对应的 Flash 编程算法：
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下载完成：
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如果编译 & 烧写无误，下载完成或者按下复位按键之后，会在串口上看到 RT-Thread 的启动 LOG 信息：
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```c
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\ | /
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- RT - Thread Operating System
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/ | \ 4.0.3 build Jun 2 2020
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2006 - 2020 Copyright by rt-thread team
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msh >
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```
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### 6. 注意事项
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- FPGA 开发环境基于 Libero V11.8.2.4，向上兼容，不支持低版本 IDE。
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- ARM 开发环境基于 Keil MDK 5.26，如果使用SoftConsole IDE ，需要修改 `libcpu` 内的文件。
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- 调试内部 ARM 核，需要把 JTAG_SEL 拉低，否则调试器连接不上。
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- 使用 SoftConsole 开发环境可以直接使用官方的 Flash Pro 调试器进行 ARM 程序的调试。
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- 内核时钟需要和 FPGA 中 MSS 配置的对应，Libero 自动生成的时钟文件，可以直接替换`bsp\smartfusion2\libraries\sys_config`文件夹下的文件 。
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### 7. 参考资料
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- [学习路线 - RT-Thread 文档中心](https://www.rt-thread.org/document/site/)
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- [Microsemi Libero系列中文教程](https://blog.csdn.net/whik1194/article/details/102901710)
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### 8. 联系我
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- Github：[whik](https://github.com/whik)
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- E-Mail：wangchao149@foxmail.com
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