Microblaze Linux

Tutorial SIlab5: Linux para MicroBlaze en Spartan3E Starter Board

• Objetivo y antecedentes
• Configuración del sistema: Plataforma. Mapa de memoria
• Ejecución 123 Microblaze Linux pre-construido
• Guía de compilación Microblaze Linux

• Utilización del Linux kernel, a partir de su código fuente, para el procesador Xilinx MicroBlaze, configurarlo, compilarlo y ejecutarlo en una plataforma hardware basada en FPGA, concretamente la placa Digilent Spartan 3E Starter Board.
• La versión empleada del software de Xilinx es la 13.4
• Se construye un kernel con MMU dado que Xilinx no da soporte para non-MMU.
• Se obtiene un bitstream de configuración de la FPGA y una imagen del Linux kernel.

MicroBlaze es la primera arquitectura soft-CPU integrada en el Linux Kernel Source tree principal, gracias al trabajo de Simek, Petalogix e Iglesias

• MicroBlaze configurado como Linux MMU en modo virtual y 2 zonas de protección de memoria, cache de datos de 2KB y cache de instrucciones de 8KB
• Un periférico timer TMR doble, con 2 canales de temporización
• Un periférico serie asíncrono UART para la consola
• Un periférico de red Ethernet ETH para comunicación con protocolos TCP/IP
• Un periférico de depuración JTAG MDM
• Un periférico I2C a 100KHz con direccionamiento de 7 bits
• Un controlador de interrupciones INTC para UART, MDM, TMR, ETH e I2C
• Un periférico GPIO de 8 bits asociado a los LEDs de la placa

• Xilinx Spartan 3E FPGA XC3S500E (500K gates)
• Xilinx XCF04 Platform Flash for storing FPGA configurations
• Micron 64MB DDR SDRAM
• Numonyx 16MB StrataFlash
• ST Microelectronics 2MB Serial Flash
• Linear Technologies Power Supplies
• Texas Instruments TPS75003 Triple-Supply Power Management IC
• SMSC LAN83C185 Ethernet PHY

• Guía de usuario:

http://www.digilentinc.com/Data/Products/S3EBOARD/S3EStarter_ug230.pdf

• (0000000000-0x00001fff) dlmb_cntlr dlmb
• (0000000000-0x00001fff) ilmb_cntlr ilmb
• (0x81000000-0x8100ffff) Ethernet_MAC mb_plb
• (0x81400000-0x8140ffff) LEDs_8Bit mb_plb
• (0x81600000-0x8160ffff) xps_iic_0 mb_plb
• (0x82000000-0x8200ffff) xps_intc_0 mb_plb
• (0x83c00000-0x83c0ffff) xps_timer_0 mb_plb
• (0x84000000-0x8400ffff) RS232_DCE mb_plb
• (0x84400000-0x8440ffff) mdm_0 mb_plb
• (0x88000000-0x8bffffff) DDR_SDRAM microblaze_0_DXCL
• (0x88000000-0x8bffffff) DDR_SDRAM microblaze_0_IXCL
• (0x8e000000-0x8effffff) FLASH mb_plb

silab5.zip

• XMD> connect mb mdm
• XMD> dow simpleImage.xilinx
• XMD> run

= Chequeo de archivos de /proc (cpuinfo, meminfo, interrupts) =

• / # more /proc/cpuinfo
  
• / # more /proc/meminfo
  
• / # more /proc/interrupts
  

= Chequeo de la consola =

• / # cp /etc/fstab /dev/console; cat /etc/mtab > /dev/console
  

= Chequeo de interfaces de red (configuración automática por DHCP) =

/ # ifconfig
 eth0   Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0A:35:00:00:00
        inet addr:158.49.55.93  Bcast:158.49.55.255  Mask:255.255.255.0
        UP BROADCAST RUNNING  MTU:1500  Metric:1
        RX packets:33367 errors:0 dropped:739 overruns:0 frame:0
        TX packets:4725 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
        collisions:0 txqueuelen:1000
        RX bytes:5859747 (5.5 MiB)  TX bytes:385896 (376.8 KiB)
        Interrupt:1 Memory:81000000-8100ffff

= Utilidades de red (ping, telnet, tftp) =

• / # telnet 158.49.55.93
  
• / # ping -c 4 158.49.55.9
  
• / # tftp -g -r hello 158.49.55.9
  

• > microblaze-unknown-linux-gnu-gcc -static -o hello hello.c

• > tftp 158.49.55.93 -m binary -c put hello

• / # touch /tmp/hello
• / # chmod a+x /tmp/hello
• / # ./tmp/hello
  

Hello world!

• / # echo 248 > /sys/class/gpio/export
• / # echo out > /sys/class/gpio/gpio248/direction
• / # echo 1 > /sys/class/gpio/gpio248/value

• / # tftp –g –r gpio.zip 158.49.55.9
• / # unzip gpio.zip
• / # chmod a+x

Creamos los siguientes directorios asociados al proyecto hardware, la distribución de Linux y las herramientas necesarias, estableciendo las correspondientes variables de entorno para los directorio base:

• > export XPATH=(directorio de trabajo de hardware)
• > export XUX=(directorio base Linux)
• > export XPRJ=(nombre del proyecto hardware)
• > export XHW=$XPATH/$XPRJ (directorio de proyecto hardware)
• > mkdir -p $XHW $XUX

• > cd $PATH; xps&

• > mkdir $XUX/dts_bsp; cd $XUX/dts_bsp
• > git clone git://git.xilinx.com/device‐tree.git bsp/device‐tree_v0_00_x

Añadiremos la ruta $XUX/dts_bsp a los repositorios de XSDK para configurar y generar un BSP en $XHW/$XPRJ_device‐tree_bsp, ruta que posteriormente usaremos.

• > cd $XUX; git clone git://git.xilinx.com/microblaze-gnu.git
• > export MB_GNU=microblaze-gnu/binaries/lin64-microblazeunknown-linux-gnu_14.3_early
• > export PATH=$XUX/$MB_GNU/bin:$PATH
• > export ARCH=microblaze
• > export CROSS_COMPILE=microblaze-unknown-linux-gnu-

• > cd $XUX; git clone git://git.xilinx.com/linux-xlnx.git master

• > cd $XUX; git clone git://git.xilinx.com/xldk/microblaze_v1.0

Para modificar la imagen descomprimir en un directorio temporal:

• > cd $XUX; mkdir initramfs; cd initramfs; gunzip -c ../microblaze_v1.0/initramfs_minimal.cpio.gz | sudo cpio -i

Hacer los cambios necesarios y volver a comprimir:

• > cd $XUX/initramfs; find . | cpio -H newc -o | gzip -9 > $XUX/master/initramfs.cpio.gz

Una vez verificado correctamente la operativa del hardware, generaremos el $XHW/$XPRJ_device‐tree_bsp creando un BSP Device‐Tree con los parámetros:

• (bootargs) console=ttyUL0 ip=on root=/dev/ram
• (console device) RS232_DCE

Obtendremos un archivo con extensión .dts necesario para el Linux kernel, por lo que hacemos visible esa ruta:

• > export XDT=${XPRJ}_device-tree_bsp

Y copiamos finalmente el archivo DTS en las fuentes del Linux kernel :

• > cp $XPATH/$XDT/microblaze_0/libsrc/devicetree_v0_00_x/xilinx.dts $XUX/master/arch/microblaze/boot/dts

• > cd $XUX/master

Partir de una configuración por defecto con MMU mediante:

• > make ARCH=microblaze mmu_defconfig

Y configurar el resto de opciones en modo menu textual:

• > make ARCH=microblaze menuconfig

O en modo gráfico estándar:

• > make ARCH=microblaze xconfig

O en modo gráfico Gnome:

• > make ARCH=microblaze gconfig

Finalmente salvar la configuración, se guarda en un archivo .config para poder hacer cambios posteriores

• > cd $XUX/master
• > make ARCH=microblaze clean;
• > rm arch/microblaze/boot/simpleImage.*;
• > rm arch/microblaze/boot/linux.*
• > make -j ARCH=microblaze simpleImage.xilinx
• > make -j ARCH=microblaze UIMAGE_LOADADDR=0x88000000 linux.bin
• > cp arch/microblaze/boot/simpleImage.xilinx $XHW/boot
• > cp arch/microblaze/boot/linux.bin $XHW/boot

• > impact -batch $XHW/etc/download.cmd

O descargar bootloop desde Xilinx SDK (xsdk) Y conectar la consola. Utilizar HyperTerminal, Teraterm o Putty en el puerto adecuado configurado a 115200 bps, 8, N, 1

Conectar por JTAG con el microporocesador implementado en la plataforma mediante XMD

• > cd $XHW/boot; xmd -opt $XHW/etc/xmd_microblaze_0.opt

o

• > cd $XHW/boot; xmd
• XMD> connect mb mdm

Carga y arranque de la imagen de Linux kernel generada

• XMD> dow simpleImage.xilinx
• XMD> run

Microblaze
http://www.xilinx.com/tools/microblaze.htm
Xilinx Open Source documentation
http://xilinx.wikidot.com
http://www.wiki.xilinx.com
Xilinx GIT server and access portal
http://git.xilinx.com
DENX Embedded Linux Development Kit
http://www.denx.de/wiki/DULG/ELDK
etc
http://devicetree.org http://buildroot.net http://cdstahl.org/?p=423 http://es.scribd.com/doc/63732567/Microblaze-Linux-on-Xilinx-ML605 http://m.lemays.org/blog/linuxforxilinxmicroblazeonml605 http://billauer.co.il/blog/2011/08/linux-microblaze-howto-tutorial-primer-1 http://frank.harvard.edu/~coldwell/toolchain
[(:Normark00b)]

@InProceedings{Normark00b,
author = {Kurt N{\o}rmark},
title =  {A Suite of WWW-based Tools for Advanced Course Management},
booktitle = {ITiCSE'2000 - Innovation and Technology in Computer Science Education},
pages = {65--68},
year =  {2000},
month = {July},
publisher = {ACM Press},
note =      {Also Available from http://www.cs.auc.dk/~normark/laml/},
url =       {http://www.cs.auc.dk/~normark/laml/papers/educational-applications/www-education-paper.pdf}
}