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上一篇文章介紹了ARM DesignStart計劃，其中提到了Cortex-M1/M3 DesignStart FPGA版本，支持Xilinx和國產Gowin平臺，本篇文章將手把手教你如何基于ARM DesignStart計劃，在FPGA上搭建一個Cortex-M3軟核處理器，以Xilinx Artix-7系列FPGA為例，介紹如何定制一顆ARM Cortex-M3 SoC軟核，并添加GPIO和UART外設，使用Keil MDK環境開發應用程序，Jlink下載、調試ARM程序，最終的實現效果是LED閃爍，串口輸出Hello World信息。

都有哪些內容？

必要的基礎知識
Cortex-M3 FPGA IP核下載
硬件準備
軟件準備
Cortex-M3軟核搭建

- - 新建Vivado工程
  - 添加IP核搜索路徑
  - 創建BlockDesign設計
  - 添加IP核，GPIO和UART外設
  - SWD接口引出
  - 外設基地址分配
  - 管腳分配
  - Bit流文件生成下載

Cortex-M3軟核程序設計

- - 新建Keil工程
  - GPIO輸入輸出控制實現
  - 串口數據發送和接收實現
  - 延時函數實現
  - Flash編程算法生成
  - 下載運行

開源地址
參考資料

本篇文章內容比較長，我已經將本文整理成了PDF文件，文中創建的Vivado工程，ARM Cortex-M3 IP核，Keil-MDK工程，Flash編程算法文件等等資料，我都已經上傳到GitHub、Gitee，文末可以查看開源地址。

或者關注我的公眾號，后臺回復：220327，獲取資料的下載地址。

1.必要的基礎知識

為了更快的完成在FPGA上實現ARM Cortex-M3軟核，一些必要的基礎知識還是要有的！

FPGA開發基礎知識，如FPGA開發流程，設計、綜合、布局、布線、約束、下載
Xilinx Vivado開發環境使用基礎，如BlockDesign設計方式，管腳分配，Bit流文件生成與下載
ARM Cortex-M3內核的使用基礎，如STM32、MM32、GD32、CH32等微控制器的開發。
Keil-MDK開發環境的使用基礎，基本的工程建立、編譯、下載流程。

如果以上知識都具備，那么，恭喜你！可以在2小時內完成ARM Cortex-M3軟核在FPGA上的實現。

2.Cortex-M3 FPGA IP核下載

首先，我們需要從ARM官網上獲取ARM Cortex-M3 FPGA軟核IP包。

下載地址如下：

https://silver.arm.com/browse/AT426

文件名稱：Cortex-M3 DesignStart FPGA-Xilinx edition(r0p1-00rel0)

文件大小：7.52MB

MD5SUM：cd67536c29023429cde47130d51b6f49

官網下載需要先注冊賬號，如果下載速度很慢，可以在公眾號后臺回復：220318，獲取下載鏈接，復制到瀏覽器下載。

ARM官網

壓縮包解壓之后，共有4個文件夾：

壓縮包內容

各個文件夾存放的內容：

docs

存放ARM Cortex-M3處理器參考手冊、DesignStart FPGA版本使用說明、基于Arty-A7開發板的頂層BlockDesign框圖等文件。

hardware

存放基于Digilent Arty-A7開發板的Vivado工程，頂層BlockDesign文件，管腳約束文件，Testbench文件等。

software

存放Keil-MDK工程，SPI Flash的編程算法文件等。

vivado

包括DesignStart Cortex-M3 Xilinx FPGA版本的IP核文件，其中Arm_ipi_repository文件夾就是內核源文件了，IP文件內容已經加密，沒有可讀性。

IP核源碼

3.硬件準備

為了完成DS CM3在FPGA上的搭建，我們至少需要以下硬件：

一塊Artix-7開發板，用于構建Cortex-M3軟核SoC，我使用的是正點原子達芬奇Pro開發板，FPGA型號為XC7A100T。
Xilinx FPGA下載器，用于下載軟核Bit流到FPGA，如Platform Usb Cable，JTAG-HS2/HS3等。
ARM Cortex-M3調試器，用于調試ARM核程序下載和調試，如JlinkV9，Jlink-OB等。

官方的DS CM3 IP核是基于Digilent的Arty-A7開發板，FPGA型號為XC7A35T/100T，Vivado版本為v2019.1，如果你手頭正好有這塊開發板，那么可以直接使用官方提供的示例工程。

Digilent Arty-A7開發板：

arty-a7開發板

正點原子達芬奇Pro開發板：

正點原子達芬奇Pro開發板

4.軟件準備

Xilinx Vivado開發環境，官方建議版本為2018.2以上，我使用的是2018.3版本
Keil MDK開發環境，如5.33版本
DS_CM3的Keil器件包

從Keil官網上下載DesignStart Cortex-M3所專用的器件支持包，下載鏈接如下：

https://keilpack.azureedge.net/pack/Keil.V2M-MPS2_DSx_BSP.1.1.0.pack

5.Cortex-M3軟核搭建

準備好以上軟硬件，就可以開始Cortex-M3軟核的搭建了。

首先，新建一個文件夾，命名為cortex_m3_on_xc7a100t，用于存放本次示例所有的工程文件，并新建以下幾個文件夾：

目錄結構

每個文件夾的功能：

bd文件夾

用來存放BlockDesign設計
cm3_core文件夾

用來存放的是ARM Cortex-M3內核IP核文件，
doc文件夾

用來存放設計文檔
flash文件夾

用來存放生成的bit和mcs文件
rtl文件夾

用來存放用戶設計的verilog源文件
xdc文件夾

用來存放管腳、時序約束文件

其中cm3_core文件夾，需要將官方壓縮文件文件中的Arm_ipi_repository文件夾復制過來，路徑為AT426-BU-98000-r0p1-00rel0vivadoArm_ipi_repository

以上文件夾準備好之后，就可以開始新建工程了。

5.1 新建Vivado工程

打開Vivado 2018.3，打開工程創建向導，輸入工程名稱，工程的存放路徑為之前我們新建的文件夾。

新建工程

選擇FPGA芯片的完整型號：XC7A100TFGG484。

選擇芯片型號

最終創建完成之后的工程目錄

Vivado工程目錄

5.2 添加IP核搜索路徑

為了能在BlockDesign中搜索到ARM Cortex-M3處理器IP核，我們需要把ARM 軟核IP所在的路徑添加到搜索路徑。

添加到搜索路徑

5.3 創建BlockDesign設計

為了方便后續使用圖形化的方式連接各IP核，我們采用BlockDesign圖形化的設計方式，這樣可以快速的搭建出一顆定制化的軟核處理器。

新建BlockDesign，命名為cm3_core，保存到最初創建的bd文件夾中。

在畫布中添加Cortex-M3處理器核：

添加ARM核

雙擊Cortex-M3 IP核進行一些基本配置，我們不需要Trace功能，選擇No Trace，使用SWD接口調試，禁用JTAG端口：

配置ARM核

指令空間和數據空間大小，這里設置成64KB，都不進行初始化。

ITCM核DTCM配置

5.4 添加一些必要的IP核

時鐘PLL

用于提供給內核、總線、外設時鐘，這里我們配置成50MHz單端輸入，PLL輸出配置成50MHz，如果時鐘頻率設置更高，綜合后會提示WNS，TNS時序不滿足，可能會影響系統的正常運行。
處理器復位IP

用于提供內核、外設、互聯組件所需要的復位信號，不需要進行定制，保持默認設置。
總線互聯IP

Cortex-M3內核為AHB總線，而且內部已經轉換成了AXI3總線，而Xilinx官方提供的GPIO/UART等外設IP核是AXI4-Lite總線，所以需要添加一個總線互聯矩陣，用于將不同協議進行轉換，從機數量配置為1，主機數量配置為2，連接到處理器的SYS總線。
基本邏輯門IP

Cortex-M3內核需要低電平復位，而復位IP輸出為高電平復位，需要在中間插入一個非門來進行轉換。
常量IP

本次軟核搭建不涉及中斷部分，所以IRQ和NMI都給定常量0即可，如果需要將中斷接入處理器，可以通過Concat核將多個中斷源合并成一個連接到IRQ。

將以上IP添加到BlockDesign畫布中，并按照下圖進行連接：

原理圖連接

從官方手冊中可以知道，ARM提供的軟核IP中已經包括了ITCM和DTCM存儲器，所以我們無需添加外部的BRAM來作為程序和數據的存儲區。

Cortex-M3內核結構

內核中提供ITCM和DTCM都是基于RAM實現，這也就意味著后續我們使用Keil下載程序只是下載到RAM中，掉電數據會丟失。

至此，ARM Cortex-M3處理器內核就搭建完成了，下面來添加GPIO和UART外設。

5.5 添加GPIO和UART外設

一些常用的單片機，如STM32，芯片內部的TIM、UART、SPI、CAN等外設一般是固定數量的，而我們使用FPGA來搭建ARM軟核SoC就比較靈活了，如果你不需要SPI，那就不用添加SPI外設，需要10個UART就添加10個UART，外設配置比較靈活，當然這些外設都是基于FPGA邏輯資源實現的，實際添加的數量會受限于FPGA芯片的邏輯資源大小。

下面以添加一組AXI GPIO和一組AXI UART為例，介紹如何使用ARM軟核來控制這兩個外設。

Xilinx官方提供的AXI GPIO外設具有以下特性：

內部有兩個通道，通道1和通道2，每個通道最多支持32個管腳
每個管腳可以配置成輸入或輸出模式
每個管腳可以設置復位初值
支持中斷輸出

提供的AXI UART外設有以下特性：

全雙工
支持5-8位數據位
支持奇偶校驗
可配置波特率110-230400

這里我們將GPIO配置成雙通道，通道1為輸出模式，低4位用于連接LED，通道2為輸入模式，低4位用于連接按鍵。

GPIO配置

UART配置成115200波特率，8位數據位，無奇偶校驗。

UART配置

配置完成之后，將它們連接的到互聯IP的主機接口上：

原理圖連接

這兩組IP的時鐘可以和處理器使用同樣的時鐘，復位可以使用復位IP輸出的外設復位信號。

關于AXI GPIO和AXI UART的詳細使用，可以查看官方文檔：

pg144-axi-gpio.pdf

https://www.xilinx.com/support/documentation/ip_documentation/axi_gpio/v2_0/pg144-axi-gpio.pdf
pg142-axi-uartlite.pdf

https://www.xilinx.com/support/documentation/ip_documentation/axi_uartlite/v2_0/pg142-axi-uartlite.pdf

5.6 SWD接口的引出

官方的DesignStart IP核資料中，除了Cortex-M3處理器，還有一個DAP-Link調試核，如果使用DAP-Link調試器需要添加這個IP核。

DAP-Link

這里我們不使用DAP-Link調試器，而是使用Jlink SWD模式。SWD模式一共需要兩根線，一個是SWCLK時鐘信號，一個是SWDIO雙向數據信號，處理器提供了3個管腳：SWDI，SWDO和SWDOEN，我們還需要實現一個雙向端口模塊。

基于IOBUF原語實現的雙向端口模塊，內容如下：

moduleswdio_tri_buffer(
//Inputs
inputswd_o,
inputswd_oe,

//Outputs
outputswd_i,

//Inouts
inoutswd_io
);

IOBUFswd_iobuf_inst(
.O(swd_i),
.I(swd_o),
.IO(swd_io),

.T(!swd_oe)
);

endmodule

將它添加到我們的設計中。

SWD接口連接

最終的BlockDesign設計如下圖所示：

原理圖連接

5.7 分配外設基地址

添加完外設IP之后，我們還需要對外設進行基地址和空間分配，在地址編輯框，右鍵選擇自動分配。

基地址分配

分配完成之后，使用設計驗證（Validate Design）功能，可以檢查當前BlockDesign設計連接的合法性。

驗證設計

5.8 生成Wrapper并例化到頂層

為了方便后續添加自定義的FPGA邏輯模塊，我們將Cortex-M3軟核處理器作為一個處理器例化到頂層設計中。

在BlockDesign源文件上右鍵，先選擇Generate Output Products，耐心等待生成完成之后，選擇Create HDL Wrapper。

生成Wrapper

之后就會生成一個_wrapper的verilog文件。

新建頂層文件top_hdl.v并保存到rtl文件夾，將_wrapper例化到頂層。

moduletop_hdl(
//Inputs
inputclk,
inputrst_n,
inputswclk,
inputuart_rxd,
input[3:0]sw,

//Outputs
output[3:0]led,
outputuart_txd,

//Inouts
inoutswdio
);

cm3_core_wrappercm3_core_wrapper_ut0(
//Inputs
.cm3_clk(clk),
.cm3_resetn(rst_n),
.cm3_gpio_in_tri_i(sw[3:0]),
.cm3_swclk(swclk),
.cm3_uart_rxd(uart_rxd),

//Outputs
.cm3_gpio_out_tri_o(led[3:0]),
.cm3_uart_txd(uart_txd),

//Inouts
.cm3_swdio(swdio)
);

endmodule//top_hdlend

5.9 管腳分配

綜合（Synthesis）完成之后，使用Vivado的圖形化工具進行管腳分配，尤其注意要將SWDIO和SWDCLK引出到排針管腳上，方便后續使用外接的Jlink調試器進行ARM程序下載。

分配管腳

或者直接新建XDC文件，使用約束語句進行管腳分配。

部分約束語句：

set_propertyPACKAGE_PINR4[get_portsclk]
set_propertyPACKAGE_PINV13[get_portsswclk]
set_propertyPACKAGE_PINV14[get_portsswdio]
set_propertyPACKAGE_PINE14[get_portsuart_rxd]
set_propertyPACKAGE_PIND17[get_portsuart_txd]
set_propertyPACKAGE_PINU7[get_portsrst_n]
set_propertyPACKAGE_PINV9[get_ports{led[3]}]
set_propertyPACKAGE_PINY8[get_ports{led[2]}]
set_propertyPACKAGE_PINY7[get_ports{led[1]}]
set_propertyPACKAGE_PINW7[get_ports{led[0]}]
set_propertyPACKAGE_PINT4[get_ports{key[3]}]
set_propertyPACKAGE_PINT3[get_ports{key[2]}]
set_propertyPACKAGE_PINR6[get_ports{key[1]}]
set_propertyPACKAGE_PINT6[get_ports{key[0]}]

如果你的板子和我的（正點原子達芬奇Pro）一樣，那么可以直接使用以上管腳約束。

如果你分配的時鐘管腳不是FPGA的全局時鐘管腳，需要添加BUFG原語進行緩沖。

5.10 Bit流文件生成和下載

我的板子使用的是QSPI Flash，為了提高下載和啟動速度，在生成Bit流時，配置生成選項：數據壓縮、50M讀取速度，4位數據線。

生成Bit流配置

或者直接使用XDC語句進行約束：

set_propertyBITSTREAM.GENERAL.COMPRESSTRUE[current_design]
set_propertyBITSTREAM.CONFIG.CONFIGRATE50[current_design]
set_propertyCONFIG_VOLTAGE3.3[current_design]
set_propertyCFGBVSVCCO[current_design]
set_propertyBITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH4[current_design]

以上約束不是必須的，只是為了提高下載和配置速度。

耐心等待工程綜合完成，生成Bit流文件，綜合的速度和處理器主頻、核心數有關。

和常規的FPGA下載方式一樣，將生成的軟核Bit文件通過Xilinx下載器下載到FPGA內部，先不要固化到外部SPI Flash 。

手頭沒有Xilinx下載器的，可以參考之前的文章，自己做一個JTAG-HS2下載器！

開源、低成本的Xilinx FPGA下載器

5.11 Jlink連接測試

下載完成之后，現在FPGA內部運行的就是一顆基于ARM Cortex-M3的軟核處理器了，使用Jlink等調試工具可以連接到芯片。

將Jlink調試器的SWCLK和SWDIO連接到我們分配的管腳V13和V14上。

手頭沒有Jlink的，也可以參考之前的文章，自己做一個Jlink-OB！

手把手教你制作Jlink-OB調試器

使用Keil開發DesignStart Cortex-M3軟核的程序，需要先安裝一個DesignStart專用的器件包。

下載地址如下：

https://keilpack.azureedge.net/pack/Keil.V2M-MPS2_DSx_BSP.1.1.0.pack

打開一個STM32 Keil工程，器件修改為剛剛安裝的ARM DS_CM3，在Option->Debug-Setting界面中選擇SWD方式，第一次連接會提示需要選擇一個器件，這里選擇Cortex-M3：

選擇器件型號

如果以上配置均正確，就能看到已經連接到的ARM Cortex-M3核心。如果沒有，說明FPGA工程配置有錯誤，需要確認是否和以上配置流程一致。

連接到ARM核心

至此，ARM Cortex-M3軟核基本搭建完成，接下來我們使用Keil來編寫ARM核的程序，實現GPIO和UART的控制。

6.Cortex-M3軟核程序設計

和常規的ARM Cortex-M3內核單片機開發流程類似，使用Keil新建工程，源文件，根據外設使用手冊，讀寫指定的寄存器實現GPIO的控制，UART數據寫入，編譯下載，調試。

在之前創建的cortex_m3_on_xc7a100t文件夾下，新建mdk_prj文件夾，用于保存Keil-MDK的工程，并新建以下3個文件夾：

application//用戶源文件
object//編譯生成的文件
project//Keil的工程文件

6.1 新建Keil工程

打開Keil-MDK，選擇Project->New Project，新建一個工程，命名為ds_cm3_prj，保存到project目錄下。

Keil工程目錄

器件型號選擇我們新安裝的ARM Cortex-M3 DS_CM3內核。

選擇器件型號

組件管理界面中，添加CMSIS內核文件和Startup啟動文件：

添加內核文件

并按照如下結構組織文件：

文件結構

6.2 設置RAM和ROM地址

在工程選項中設置片上ITCM的起始地址0x0、大小64K，片上DTCM起始地址0x20000000、大小64K：

RAM地址配置

起始地址來源于使用手冊中圖4-1系統內存地址映射，可以看到其中ITCM和DTCM的起始地址：

ITCM和DTCM起始地址

大小是我們在Cortex-M3內核配置中設置的大小：

ITCM和DTCM大小

設置完成之后，新建main.c文件，輸入以下內容，編譯工程，應該無錯誤輸出。

#include"DS_CM3.h"
#include"system_DS_CM3.h"

intmain(void)
{
while(1)
{

}
}

6.3 GPIO輸入輸出控制

通過查看AXI GPIO的使用手冊，通道1的數據寄存器偏移地址為0，通道2的數據寄存器偏移地址為0x08，根據Vivado中的連接，LED連接到通道1，按鍵連接到通道2上，所以只需要對這兩個寄存器地址進行讀寫，就可以實現LED的控制和撥碼開關狀態的讀取。

AXI GPIO寄存器定義

在Vivado地址分配界面，可以看到GPIO和UART的基地址分別為：0x4000_0000和0x4060_0000。

外設基地址

LEL控制和撥碼開關讀取：

*(volatileuint32_t*)(0x40000000+0x0)=0x0f;//GPIO通道1低4位寫1
*(volatileuint32_t*)(0x40000000+0x0)=0x00;//GPIO通道1低4位寫0

uint32_tsw=0;
sw=*(uint32_t*)(0x40000000+0x08);//獲取GPIO通道2的32位輸入狀態

6.4 串口數據發送和接收

向串口發送FIFO寫入一字節數據：

while((*(volatileuint32_t*)(0x40600000+0x08))&0x08!=0x08);//等待發送FIFO不滿
*(volatileuint32_t*)(0x40600000+0x04)=0x41;//向串口發送FIFO寫入字符'A'=0x41

從串口接收一字節數據：

uint8_tdat=0;
if((*(volatileuint32_t*)(0x40600000+0x08))&0x01==1)//串口接收FIFO中有數據
dat=(*(volatileuint32_t*)(0x40600000+0x00));//從接收FIFO中讀取1字節數據。

關于AXI GPIO和AXI UART寄存器的詳細說明，可以查看官方文檔：

pg144-axi-gpio.pdf

https://www.xilinx.com/support/documentation/ip_documentation/axi_gpio/v2_0/pg144-axi-gpio.pdf
pg142-axi-uartlite.pdf

https://www.xilinx.com/support/documentation/ip_documentation/axi_uartlite/v2_0/pg142-axi-uartlite.pdf

6.5 延時函數實現

為了讓LED的變化，可以被人眼所看到，需要使用延時函數對亮滅進行延時。

使用系統滴答定時器實現一個延時函數：

volatileuint32_tcnt=0;//volatile類型

voidSysTick_Handler(void)
{
cnt++;
}

voiddelay_ms(uint32_tt)
{
cnt=0;
while(cnt-t>0);
}

為了讓延時函數準確延時，我們還需要更改工程中的系統時鐘頻率，和FPGA中配置的內核時鐘保持一致。

系統時鐘

完成的main.c文件內容：

#include"DS_CM3.h"
#include"system_DS_CM3.h"
//C庫
#include
#include
#include

#defineBASEADDR_LED0x40000000
#defineBASEADDR_UART0x40600000
#defineCHANNEL_LED1
#defineCHANNEL_SW2

#defineXGPIO_CHAN_OFFSET8
#defineXGpio_WriteReg(BaseAddress,RegOffset,Data)Xil_Out32((BaseAddress)+(RegOffset),(uint32_t)(Data))
#defineXGpio_ReadReg(BaseAddress,RegOffset)XGpio_In32((BaseAddress)+(RegOffset))

#defineXUL_TX_FIFO_OFFSET4/*transmitFIFO,writeonly*/
#defineXUL_STATUS_REG_OFFSET8/*statusregister,readonly*/
#defineXUL_SR_TX_FIFO_FULL0x08/*transmitFIFOfull*/

#defineXUartLite_GetStatusReg(BaseAddress)XUartLite_ReadReg((BaseAddress),XUL_STATUS_REG_OFFSET)
#defineXUartLite_ReadReg(BaseAddress,RegOffset)XGpio_In32((BaseAddress)+(RegOffset))

#defineXUartLite_IsTransmitFull(BaseAddress)
((XUartLite_GetStatusReg((BaseAddress))&XUL_SR_TX_FIFO_FULL)==
XUL_SR_TX_FIFO_FULL)

#defineXUartLite_WriteReg(BaseAddress,RegOffset,Data)Xil_Out32((BaseAddress)+(RegOffset),(uint32_t)(Data))

volatileuint32_tcnt=0;

voidSysTick_Handler(void)
{
cnt++;
}

voiddelay_ms(uint32_tt)
{
cnt=0;
while(cnt-t>0);
}

uint32_tXGpio_In32(uint32_tAddr)
{
return*(volatileuint32_t*)Addr;
}

voidXil_Out32(uint32_tAddr,uint32_tValue)
{
volatileuint32_t*LocalAddr=(volatileuint32_t*)Addr;
*LocalAddr=Value;
}

uint32_tXGpio_DiscreteRead(uint32_tAddr,uint8_tChannel)
{
returnXGpio_ReadReg(Addr,(Channel-1)*XGPIO_CHAN_OFFSET);
}

voidXGpio_DiscreteWrite(uint32_tAddr,uint8_tChannel,uint32_tData)
{
XGpio_WriteReg(Addr,(Channel-1)*XGPIO_CHAN_OFFSET,Data);
}

voidXUartLite_SendByte(uint32_tBaseAddress,uint8_tData)
{
while(XUartLite_IsTransmitFull(BaseAddress));
XUartLite_WriteReg(BaseAddress,XUL_TX_FIFO_OFFSET,Data);
}

voidcm3_print(constchar*ptr)
{
while(*ptr!=(char)0){
XUartLite_SendByte(BASEADDR_UART,*ptr);
ptr++;
}
}

voidMyUartPrintf(char*fmt,...)
{
unsignedcharUsartPrintfBuf[296];
va_listap;
unsignedchar*pStr=UsartPrintfBuf;

va_start(ap,fmt);
vsnprintf((char*)UsartPrintfBuf,sizeof(UsartPrintfBuf),(constchar*)fmt,ap);
va_end(ap);

while(*pStr!=0)
{
XUartLite_SendByte(BASEADDR_UART,*pStr);
pStr++;
}
}

voidled_blink(void)
{
XGpio_DiscreteWrite(BASEADDR_LED,CHANNEL_LED,0);
delay_ms(500);
XGpio_DiscreteWrite(BASEADDR_LED,CHANNEL_LED,0xf);
delay_ms(500);
}

intmain(void)
{
uint32_tsw=0;

SystemCoreClockUpdate();
SysTick_Config(SystemCoreClock/1000);

cm3_print("HelloDesignStartARMCortex-M3onFPGAXilnxArtix-7XC7A100T
");
MyUartPrintf("SystemCoreClock=%ld
",SystemCoreClock);

while(1)
{
led_blink();
sw=XGpio_DiscreteRead(BASEADDR_LED,CHANNEL_SW);
MyUartPrintf("keystate=%d-%d-%d-%d
",sw>>3,sw>>2&1,sw>>1&1,sw&1);
}
}

實現的功能是，4顆LED每100ms閃爍一次，同時串口輸出此時撥碼開關的實時狀態。

編譯無誤后，就可以進行程序下載了。

6.6 Flash編程算法生成

使用Jlink下載程序需要指定Flash編程算法，但是Keil自帶的算法中并沒有我們所需要的：

下載算法

所以我們需要定制一份Flash編程算法，打開Keil安裝目錄下的ARMFlash文件夾，將_Template文件夾復制出一份，并命名為DS_CM3，

復制模板

打開其中的Keil工程：

下載算法

這個工程可以自己設置要編程的Flash起始地址、大小，擦除大小等。

FlashDev.c文件填入以下內容，和我們之前ITCM的配置保持一致，起始地址0x0，大小64K：

#include"..FlashOS.H"//FlashOSStructures

structFlashDeviceconstFlashDevice={
FLASH_DRV_VERS,//DriverVersion,donotmodify!
"MyCM3onFPGA",//DeviceName
ONCHIP,//DeviceType
0x00000000,//DeviceStartAddress
0x00010000,//修改為64KB
1024,//ProgrammingPageSize
0,//Reserved,mustbe0
0xFF,//InitialContentofErasedMemory
100,//ProgramPageTimeout100mSec
3000,//EraseSectorTimeout3000mSec

//SpecifySizeandAddressofSectors
0x010000,0x000000,//只有一個扇區，起始地址為0
SECTOR_END
};

FlashPrg.c文件，實現一些存儲區擦除的函數：

#include"..FlashOS.H"//FlashOSStructures
#include"string.h"

intInit(unsignedlongadr,unsignedlongclk,unsignedlongfnc){
return(0);//FinishedwithoutErrors
}

intUnInit(unsignedlongfnc){
return(0);//FinishedwithoutErrors
}

intEraseChip(void){
memset((unsignedchar*)0,0,0x10000);
return(0);//FinishedwithoutErrors
}

intEraseSector(unsignedlongadr){
memset((unsignedchar*)adr,0,1024);
return(0);//FinishedwithoutErrors
}

intProgramPage(unsignedlongadr,unsignedlongsz,unsignedchar*buf){
memcpy((unsignedchar*)adr,buf,sz);
return(0);//FinishedwithoutErrors
}

編譯無誤后，會在工程目錄下生成一個FLM文件。

新生成的下載算法

將它復制到上一級目錄：

新生成的下載算法

6.7 編譯下載運行

再打開我們的ARM核Keil工程，添加DS_CM3 Flash編程算法：

添加Flash編程算法

點擊下載按鈕，把ARM程序下載到ARM核：

可以看到LED每500ms閃爍一次，串口數據每1s輸出一次，同時按下按鍵，串口輸出按鍵的狀態。

和其他ARM內核芯片一樣，也是支持在線調試的：

由于ARM程序是下載到Cortex-M3軟核內的RAM存儲區，所以掉電后程序會丟失。如何將程序下載到片外的SPI Flash中，我還沒有成功實現。

7.開源地址

本篇文章的pdf文件，Vivado工程，Keil工程，Keil器件支持包，Flash編程算法文件，外設IP的參考文檔，ARM M3軟核IP資料包等資料我已經開源到Github和Gitee，地址如下：

Gitee

gitclonehttps://gitee.com/whik/cortex_m3_on_xc7a100t.git

Github

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審核編輯：湯梓紅

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原文標題：好文推薦| 手把手教你在FPGA上搭建一個ARM Cortex-M3軟核

文章出處：【微信號：麥克泰技術，微信公眾號：麥克泰技術】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。

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基于FPGA搭建ARM Cortex-M3 SoC軟核

都有哪些內容？

1.必要的基礎知識

2.Cortex-M3 FPGA IP核下載

3.硬件準備

4.軟件準備

5.Cortex-M3軟核搭建

5.1 新建Vivado工程

5.2 添加IP核搜索路徑

5.3 創建BlockDesign設計

5.4 添加一些必要的IP核

5.5 添加GPIO和UART外設

5.6 SWD接口的引出

5.7 分配外設基地址

5.8 生成Wrapper并例化到頂層

5.9 管腳分配

5.10 Bit流文件生成和下載

5.11 Jlink連接測試

6.Cortex-M3軟核程序設計

6.1 新建Keil工程

6.2 設置RAM和ROM地址

6.3 GPIO輸入輸出控制

6.4 串口數據發送和接收

6.5 延時函數實現

6.6 Flash編程算法生成

6.7 編譯下載運行

7.開源地址

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