PotatoPie 4.0 实验教程(40) —— FPGA实现RISC-V工程创建和调试

FutureDynasty在下文中我们一般简称FD。

FD工程创建

在FD解压后的目录里，双击FutureDynasty.exe启动FD软件

启动前会让你先选择一个目录作为FD的Workspace,为了方便学习后面的教程，建议以我们提供的demo_riscv下的wkspace目录作为Workspace。

在选完后wkspace目录下会多出来一个.metadata的目录这个就是存储workspace的设置的。如果不想每次启动都选工作空间，可以勾选上面的 Use this as the default and do not ask again 复选框。

点击完Launch后软件就会启动

在建立 workspace 后，进入 FD 环境，通过 File > New > Project，选择 C Project，如图所示。

在下一页中选择 C Managed Build，继续进入工程类型选择界面。在其中选择 Anlogic SDK project for softcore SoC，

注意：在下一步中，将选择软核的类型和优化配置，紧凑型软核选择 Light，标准型软核选择 Medium。 如果需要优化软核固件运行的速度，推荐使用-O2 等级的优化；如需优化软核固件的尺寸，推荐使用- Os 等级的优化。

完成工程向导后，工程窗口将自动导入样例工程，

FD工程设置

可以在工程属性中对工程优化参数进行调整。在左侧工程栏中右击工程，选择 Properties。在打开的窗口中逐级展开 C/C++ Build -> Setting，展开下图中的页面。

页面中有几个较为关键的子页面：

Target Processor 页面用于设定编译文件的指令集支持（轻量级不应勾选 RVM/RVA/RVC 支持，标 准型核应当勾选 RVM/RVC 两个指令集扩展的支持）

Optimization 选项卡中用于选择固件编译阶段采取的优化手段。其中， Optimization Level 中的设定的相关说明与建工程时的软核配置页面一致，在此不再赘述。建议勾选“Function Segments”和 “Data Segments”选项，将该选项勾选之后可以将函数和数据分段，方便在后续的链接步骤中去除未用到的函数和数据以减小固件体积。

在 GNU RISC-V Cross C++ Linker 选项卡中，我们可以选择使用的链接脚本（Script File），并且可以在该页面开启去除未使用的段的选项（需要配合前述的在编译步骤中拆分分段的选项）

本步骤中我们提供了三个版本的 linker 脚本，其特性由下表所示

linker 文件特性表

Linker 文件	默认启动地址	备注
linker_ahbtcm.ld	0x8000_0000	两者同为从片内 TCM 启动使用的 linker 脚本。根据软核 使用的总线选择。 length 设置必须等于或小于硬件工程中 配置的 TCM 的大小
linker_axitcm.ld	0xF000_0000
linker_axiemem.ld	0x4000_0000	从 AXI 外部内存运行使用的 linker 脚本。一般而言，使 用该文件编译的固件必须要使用 TCM 内存放 bootloader， 并从外部存储器或者上位机中读入固件跳转运行

如果用户需要修改软核的内存分配，可以修改对应的 linker 脚本文件。其中有三个参数需要用户特别关心： MEMORY LENGTH（分配内存总长度） _stack_size(栈内存尺寸，当用户程序较大时建议适当改大) _heap_size(堆内存尺寸，如果用户有使用 malloc 一类动态内存管理函数需要改大该参数).

以 linker_ahbtcm.ld 文件为案例，下图中展示了三个变量所在的位置。如果固件运行在片内 TCM 中，用户需要格外注意查询硬件工程中 TCM 的容量，如果分配内存总长度超过了硬件上 TCM 的容量，固件运行时极有可能发生异常。一个在硬件工程中查询 TCM 容量的示例如图所示

Linker 脚本修改示例

TCM 内存容量查询示例

经过上述配置，对工程进行编译，输出最终的二进制文件，如图所示。

FD工程编译

在工程栏hello_world工程这里点右键，选择Build Project

或者菜单栏选择Build Project

编译完成后会在Console输出如下内容

FD生成mif

在FD菜单栏点击 AnlogicTools –> Create Mif

在窗口中填写 ROM 长度（应当与硬件工程定义的 TCM 的大小一致，否则 TD 软件无法读入）。点击 Create 后将在对应的文件夹内生成用于装入码流的 MIF 文件和用于仿真的 HEX 文件。 ROM Offset 用于在固件开始前填充固定长度的 0，一般无需使用。

MIF 文件生成界面

针对FD 2024.07之后的版本已经没有了Create Mif, 改为在编译选项里选择，步骤如下：

1. 在工程上右键选择属性

2. 在build c++勾选生成

3. 重新编译生成就可以在工程的build目录看到生成了MIF文件。

在工程的Debug目录下就能看到最终生成的mif文件。

而这个文件就是我们在TD工程中指定的TCM0_INITFILE的值。

我们打开提供的TD工程，在demo_riscv目录的如下路径中

将TCM0_INITFILE改为上文FD生成的mif路径，这里为了便于工程管理，我们用的是相对路径。

编译FPGA工程，并进行JTAG下载。

这样我们的FPGA里面就有了一个RISCV的核，这个时候我们就可以在FD上面进行软件的运行和调试了，在接下来的步骤里我们不需每次都去编译TD工程，只要FPGA工程没改动过，我们在FD里面作的软件代码的修改可以直接通过JTAG下载或者调试。

FD项目在线运行

从模板创建的项目会根据项目类型自动生成相应的配置

如果需要也可以自行修改相应的参数，修改完成点击 Run 即可启动运行

从串口可以看到输出

FD项目调试

右键项目 Debug As -> Debug Configurations… 可配置调试参数

或者左键点击选中项目后 Run -> Debug Configurations…

从模板创建的项目会根据项目类型自动生成相应的调试配置

如果需要也可以自行修改相应的调试参数，

上图调试选项框中Startup 一页中的红框内容默认勾选，表示程序启动调试后会停在main函数处，修改完成点击 Run 即可启动调试。

可以看到程序停留在了main函数的第一行。