lynxeyedの電音鍵盤

MBDとFPGAと車載で使うデバイスの備忘録

Raspberry Pi Zero/3B/4BでOpenOCDを使う(GPIOによるBitbanging)

FPGAのSVF PlayerとしてOpenOCDを使う

ベンダに依存しないJTAGテストパターン形式としてSVFがあります。
www.xjtag.com
OpenOCDもこれに対応しているため、出先でconfigをしなければならない場合など、FPGAのメイン開発じゃない時はかなり重宝しています。
ターミナルとSSHが動く端末 + ラズパイがあればFPGAのコンフィグができます。

以下はintel FPGA Cyclone10LPの場合に実施した内容です。SVFファイルはすでに準備しているものとして進めます。

Xilinx/AMDは知りません。調べてとか言われてもしないからな。


Latticeについては一部のMACHシリーズにおいてTRSTピンがあります。
下記の

  • TRST=High, ENABLE=Lowにしてから以下の内容を実施する
  • TRSTをラズパイの任意のピンに接続し、ENABLE=Lowにしてから後述する設定ファイルに明記する

いずれかを実施する必要があります。


ラズパイのGPIO番号を確かめておく

GPIOを使うので、ピン番号とGPIOに振られている番号の対応をしなければなりません。

sudo apt install python3-gpiozero 
pinout

世代によって表示は変わりますが以下のような感じになります。

$ pinout
,--------------------------------.
| oooooooooooooooooooo J8     +====
| 1ooooooooooooooooooo        | USB
|                             +====
|      Pi Model ???V1.4          |
|      +----+                 +====
| |D|  |SoC |                 | USB
| |S|  |    |                 +====
| |I|  +----+                    |
|                   |C|     +======
|                   |S|     |   Net
| pwr        |HDMI| |I||A|  +======
`-| |--------|    |----|V|-------'

Revision           : d03114
SoC                : Unknown
RAM                : NoneMb
Storage            : MicroSD
USB ports          : 4 (excluding power)
Ethernet ports     : 1
Wi-fi              : False
Bluetooth          : False
Camera ports (CSI) : 1
Display ports (DSI): 1

J8:
   3V3  (1) (2)  5V    
 GPIO2  (3) (4)  5V    
 GPIO3  (5) (6)  GND   
 GPIO4  (7) (8)  GPIO14
   GND  (9) (10) GPIO15
GPIO17 (11) (12) GPIO18
GPIO27 (13) (14) GND   
GPIO22 (15) (16) GPIO23
   3V3 (17) (18) GPIO24
GPIO10 (19) (20) GND   
 GPIO9 (21) (22) GPIO25
GPIO11 (23) (24) GPIO8 
   GND (25) (26) GPIO7 
 GPIO0 (27) (28) GPIO1 
 GPIO5 (29) (30) GND   
 GPIO6 (31) (32) GPIO12
GPIO13 (33) (34) GND   
GPIO19 (35) (36) GPIO16
GPIO26 (37) (38) GPIO20
   GND (39) (40) GPIO21

For further information, please refer to https://pinout.xyz/

上記を参考にしながらどのGPIOにOpenOCDでコンフィグする際のどの信号を割り当てるかを決定します。

OpenOCDの導入と設定ファイルの準備

2021年1月現在、特に独自にビルドしなくてもBitbangingがつかえるようになっていました。

sudo apt install openocd

参考:
https://github.com/arduino/OpenOCD/blob/master/tcl/interface/raspberrypi-native.cfg

設定ファイルを用意します。
openocd.cfg

# Cyclone 10LP FPGA Module (10CL025YU256)
# https://lynxeyed.hatenablog.com/
# openocd -f openocd.cfg -c init -c "svf foobar.svf"
adapter driver bcm2835gpio

# raspi Zero:0x20000000
#bcm2835gpio_peripheral_base 0x20000000

# raspi 3B/3B+ :0x3F000000 
#bcm2835gpio_peripheral_base 0x3F000000

# raspi 4B:0x7E000000
bcm2835gpio_peripheral_base 0x7E000000

bcm2835gpio_speed_coeffs 113714 28

# Each of the JTAG lines need a gpio number set: 
# tck tms tdi tdo Header pin numbers: tck tms tdi tdo

bcm2835gpio_jtag_nums 26 19 21 20
#bcm2835gpio_trst_num 8 # <- Latticeの場合、これを設定する必要がある。

adapter speed 1000
transport select jtag
# IDCODE Information for Cyclone 10 LP Devices  
# 0000 0010 0000 1111 0011 000 0110 1110 1
jtag newtap 10cl025u tap -expected-id 0x020F30dd -irlen 10

ラズパイの世代によってGPIOのベース番地が違う

bcm2835gpio_peripheral_baseがベース番地を設定する部分です。
使用する世代によってコメントアウトを適宜するなどして対応してください

  • raspi Zero:0x20000000
  • raspi 3B/3B+ :0x3F000000
  • raspi 4B:0x7E000000

他のラズバイを使用したことがないので、動作検証したのはこの3世代だけです。すみません。

TCK, TMS, TDI, TDOの対応

bcm2835gpio_jtag_numsに対応するGPIO番号(ラズパイの40pinアサインではなくGPIOの番号)を順番に書いていきます。
私の環境の場合、作成したFPGA基板が以下のように対応しています。
TCK = GPIO26
TMS = GPIO19
TDI = GPIO21
TDO = GPIO20
となっているので、

bcm2835gpio_jtag_nums 26 19 21 20

と書いています。
Latticeの一部のFPGAはTRSTピンが必要ですが、該当デバイスは、対応しているGPIO番号を設定し

bcm2835gpio_trst_num 8

のように書けます。

IDCODEの設定

これは10CL025Uの場合ですが、IDCODE = 0x020f30ddです。manufacturer idは0x06eとなってintelではなくAlteraと表示されるはずです。これはしゃーないね。

jtag newtap 10cl025u tap -expected-id 0x020F30dd -irlen 10

FPGAをコンフィグする

先程の設定ファイルをopenocd.cfgと言う名前で任意の場所に保存します。ファイル名も場所も自由です。
foobar.svfをコンフィグするなら

sudo openocd -f openocd.cfg -c init -c "svf foobar.svf"

おしまい。