SmartFusion从FPGA到ARM（一）——MSS_GPIO点灯
文章目录
- 前言
- 0.开发环境准备
- 1.创建一个基本工程
- 2.配置MSS模块
- 3.生成示例工程
- 4.Keil编译ARM工程
- 5.FPGA工程加载Hex文件
- 6.下载运行
- 7.JTAG_SEL管脚说明
- 示例工程下载
前言
本系列教程，将会以SmartFusion一代芯片A2F200M3F为例，简单介绍片上ARM Cortex-M3 硬核 MCU部分的使用，及其与FPGA逻辑模块进行交互的示例。在学习片上硬核ARM Cortex-M3 MCU的开发之前，要先熟悉Microsemi Libero SoC的使用，可以参考：Microsemi Libero SoC系列教程
关于Microsemi SmartFusion混合型FPGA的介绍，可以参考：Microsemi SmartFusion系列FPGA简介
SmartFusion系列FPGA内部框图：
设计流程：
作为单片机界的“Hello World”，用GPIO点灯恐怕是每个刚入门单片机的朋友的必经之路。本文介绍使用片上ARM硬核MCU的GPIO，即MSS_GPIO，来驱动外部的LED，演示从Libero工程创建，MSS子系统配置，Keil示例工程生成，Hex文件生成和加载，程序运行整个流程。
0.开发环境准备
- FPGA开发环境：Libero SoC V11.8
- ARM开发环境：Keil MDK v4/v5，SoftConsole，IAR
- FlashPro下载器：FlashPro 4/5
- 固件库下载地址：Firmware_MSS_GPIO_Driver_v2.0.105
1.创建一个基本工程
准备一个空白工程，没有添加任何的设计文件。
2.配置MSS模块
点击工程视图下的Catalog->Processor，双击创建一个Microcontroller System子系统，即片上硬核MCU，并命名为arm_mcu。
这样我们就创建了一个ARM Cortex-M3的MCU
可以看到都是一些非常常见的外设，UART、TIMER、GPIO、SPI、IIC等，这些外设都可以根据我们的需要进行使能，这里我们只使用到了GPIO，所以只开启了GPIO。双击GPIO，可以配置要使用的GPIO模式，MSS_GPIO只有32个，可以根据需要设置为输入，输出，或者输入输出双向。如果不够用，可以通过CoreGPIO IP核进行扩展，后面的教程我们再学习。这里我们把GPIO_0和GPIO_1配置成输出模式，用于驱动LED。
在生成之前，还需要配置内核的主频和PLL的输入时钟。双击Clock，按照图示，配置成外部时钟输入，PLL倍频成100MHz，作为ARM内核的主频。如果不是所有外部晶振，片上还有RC振荡器，使用方法可以参考：片上时钟和PLL的使用
配置完成之后
因为我们的工程比较简单，不涉及到FPGA逻辑部分，所以这里我们没有再创建一个SmartDesign画布，用于和其他FPGA模块进行连接。可以直接点击左上角生成按钮，把我们图形化配置的模块，生成verilog文件，每次改动之后，都要重新生成。
生成完成之后，我们可以看到多了很多的.v文件，还可以查看生成的报告：
FPGA部分就配置完成了，下面我们来生成ARM MCU对应的Keil工程，并写一些控制代码，让LED闪烁起来。
3.生成示例工程
点击Design->Configure Firmware，可以看到当前已经安装的驱动示例包，
在打开的界面中，选择生成GPIO驱动LED的Keil例程，还支持其他IDE的例程，如官方的SoftConsole，IAR等开发环境。
选择保存路径
点击OK之后，会在当前工程目录Keil文件夹下，生成一个简单的LED闪烁的例程。
4.Keil编译ARM工程
生成的例程是一个完整的工程，包括CMSIS相关的文件，启动文件，驱动库等，可以直接使用Keil打开。默认生成的是Keil 4的工程，我安装的是Keil 5，Keil 4环境集成了器件包，其中就包括A2F200M3F器件，而Keil 5需要手动安装器件包，但是Microsemi的器件包只有SmartFusion 2系列，不支持我们的A2F200M3F。
所以如果只进行编译，不进行在线调试，那么使用Keil 4和Keil 5都行，如果想使用Jlink等调试对ARM内核进行在线调试，那么只能使用Keil 4。这里我们只需要生成Hex文件即可，不进行在线调试，所以直接选择Cancel取消即可。
打开工程之后，就是非常熟悉的C语言代码了，主函数非常简单，初始化了两个GPIO为输出模式，然后死循环，向下计数延时，减到0时，所有的GPIO反转，重新装载计数值。其实我们只想要GPIO_0和GPIO_1翻转即可，这些可以自己调整，都是一些很简单的运算。
配置工程编译生成Hex文件，默认生成的例程中，并不会生成Hex文件，我们需要手动配置一下。
编译，生成Hex文件， 0警告，0错误，我想这是每一个单片机开发者都想看到的输出信息。
会在Debug目录生成一个Hex文件
5.FPGA工程加载Hex文件
之前，我们只是在FPGA工程中配置了ARM核， 但是并没有加载我们的应用程序，即Hex文件。下面我们把Keil生成的Hex文件，加载到FPGA工程中去。双击ENVM，选择Data Storage，输入名称和Hex文件的路径。
会发现加载失败，这是因为起始地址太大了，再加上Size的大小，超过了Flash的地址范围。提示上面的错误有两种方式可以解决。
第一种方法是把生成的hex文件，以文本方式打开，然后把第一行的内容删除，无视起始地址。
再次加载就没问题了
第二种方法，是修改Keil中生成的Hex文件起始地址：
先修改起始地址为0x0
勾选上链接选项中的User Memory Layout from Target Dialog
再次加载就没问题了。
6.下载运行
在加载Hex文件之后，要重新生成Component，如果没有错误，就可以进行管脚分配了。
这里就体现了FPGA上硬核的方便之处，这32个GPIO可以根据需要直接分配到任芯片上的用户管脚上，而不是固定为某一个。
从编译报告可以看出，ARM Cortex-M3 硬核的使用，并不会占用FPGA的Fabric资源。
连接下载器，下载运行，可以看到LED灯闪烁起来了。
7.JTAG_SEL管脚说明
如果FPGA工程中ARM硬核已经配置完成，比如配置了GPIO_0和GPIO_1为输出，驱动LED闪烁，但是我想修改闪烁的频率，只需要使用Jlink或其他ARM调试器直接下载ARM程序到FPGA即可，可以通过JTAG_SEL管脚来选择给FPGA下载程序，还是给ARM内核下载程序。
但是，如果FPGA工程中只配置了GPIO_0和GPIO_1为输出，我想再增加GPIO_2为输出，或者是我想修改GPIO_0位输入模式，此时，只修改ARM程序不能完成配置，还需要修改FPGA工程中的MSS模块配置。
示例工程下载
sf_cm3_01.rar