使用Arduino在FPGA上开发RISC-V

塞巴斯蒂安

• FPGA优秀的性价比和灵活性；开源硬件Arduino及其丰富的软件库；开源的编译器和工具链GNU；再加上如今热度空前的开源处理器RISC-V，形成了一种灵活快速的新型嵌入式开发方式FRAM: FPGA+Arduino+RISC-V+Make
• 在FARM开发模式下，FPGA成为系统的核心芯片。在FPGA中会包含一个支持RISC-V的开源处理器软核 (RISC-V Soft CPU)。该处理器可以包含一个硬件逻辑实现的代码载入器 (Hardware Based Code Loader)。FPGA也会包含所有的（或大部分的）外部设备实现，这些外部设备和RISC-V通过总线相连。对于无法完全用FPGA实现的功能 (例如传感器），FPGA也会实现其控制部分或者数据的读写
  

• -PulseRain Reindeer_Step 架构
  

     1、PulseRain Reindeer 是由Changyi Gu主持设计的 RISC-V处理器内核，该软核在2018年由RISC-V 基金会官方举办的全球 Soft CPU 设计大赛中脱颖而出，荣获季军 (RISC-V SoftCPU Contest )，本次移植的是在PulseRain Reindeer处理器内核基础上，改进的Reindeer_Step软核
     2、-Reindeer RISC-V软核架构
         （1）Von Neumann架构
         （2） 支持RISC-V RV32I [M]指令集
         （3）2 x 2流水线架构
         （4） 综合平衡了速度和面积
      3、-Reindeer_Step内部结构

               （1）SDRAM控制器，利用板上8M动态内存作为代码和数据内存
               （2）中断支持
               （3） 板上硬件资源支持，GPIO/UART等外设，也可自行裁剪
               （4）Arduino支持包，使用Arduino IDE编程
       4、Reindeer_Step 开源代码
       5、-平台：STEP-CYC10 FPGA
               （1）小脚丫FPGA开发板 STEP-CYC10

               （2）核心器件：Intel Cyclone 10 LP FPGA-10CL016YU256C8G
               （3）-板载资源
                           【1】集成USB blaster编程器
                           【2】2路Micro USB接口，分别用于下载和串口通信
                            【3】4位7段数码管
                            【4】 2个RGB三色LED
                            【5】 8路拨码开关
                             【6】 1个五向按键
                             【7】1个可扩展STEP-PCIE接口
                             【8】 64Mbit SDRAM
                              【9】64Mbit Flash
                              【10】三轴加速计ADXL345
                              【11】 USB转UART芯片CP2102
                              【12】12M/50M双路时钟源
                 （4）运行RISC-V软核的STEP-CYC10平台结构

       6、-RISC-V软核移植步骤
               （1）-获取PulseRain Reindeer_Step MCU软核源码
                              【1】git clone源代码
               （2）-配置软核到STEP-CYC10 FPGA开发板
                              【1】使用Intel Quartus编译
                              【2】Reindeer_Step资源占用情况

               （3）-安装Arduino IDE及板卡支持包
                              【1】文件——首选项——附加开发板管理器网址，添加如下链接:

1. https://github.com/PulseRain/Arduino_RISCV_IDE/raw/master/package_pulserain.com_index.json

复制代码

                              【2】打开 工具——开发板——开发板管理器，在搜索框中输入REINDEER，安装PACKAGE
               （4）-在Arduino IDE中开发应用程序
                              【1】串口打印和流水灯测试程序
               （5）-串口下载程序到开发板并运行
                              【1】软核中内置onchip Debug模块
                              【2】串口一键下载
                              【3】支持串口打印

完