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移植RT-Thread到Microsemi SmartFusion2系列FPGA芯片

1. BSP简介

移植 RT-Thread 操作系统到一款 FPGA 芯片——M2S010 ，该芯片属于 Microsemi（现Microchip）SmartFusion2系列，是一款智能混合型FPGA，片上除了 FPGA Fabric 逻辑部分，还包括一个 ARM® Cortex™-M3 内核的 MCU，主频最高 166MHz ，256KB eNVM，64KB eSRAM，集成GPIO、UART、I2C、SPI、CAN、USB等基本外设。

关于 Microsemi，第三大 FPGA 厂商，原 Actel 半导体，2010 年，Microsemi 收购 Actel，2018 年， Microchip 收购 Microsemi。

SmartFusion2 内部框图

2. 外设支持

移植了 RT-Thread 内核，支持线程调度、线程间同步和通信等，目前已经完成了PIN、Serial设备驱动，FinSH组件默认使用uart0设备。

片上外设	支持情况	备注
GPIO	支持	GPIO_0/1输出，GPIO_2/3输入
UART	支持	MMUART0 & MMUART1
SPI	暂不支持
I2C	暂不支持
RTC	暂不支持
PWM	暂不支持
USB	暂不支持

3. 使用说明

3.1 FPGA 工程设计

FPGA 部分使用 SmartDesign 图形化设计，不需要写 HDL 代码，时钟来自外部 50M 晶体输入，PLL 倍频 100M 提供给 MCU 使用，顶层配置如下图所示：

MSS 部分仅使用到了GPIO 和UART，GPIO_0和GPIO_1配置成输出输出模式用于驱动LED，GPIO_2和GPIO_3配置成输入模式，用于读取按键输入。

配置完成的 FPGA 工程文件下载：sf2_fpga_prj.rar

3.2 ARM 程序设计

ARM 程序使用 Keil MDK 5.26 开发，需要安装 M2S 系列芯片支持包：Microsemi.M2Sxxx.1.0.64.pack

如果官网下载失败，可以到以下地址下载：Microsemi.M2Sxxx.1.0.64.pack

在官方生成的示例工程目录下，添加 RT-Thread 相关组件，并实现一些对接函数，最终的文件结构：

4. 下载和运行

为了能使用 ARM 调试器连接到 ARM 内核，而不是 FPGA，需要把 JTAG_SEL 引脚置为低电平。使用 ARM 调试器，如 JLink，对应连接 JTAG 口的 TMS、TCK、GND 引脚，如果连接正常，可以检测到 ARM 芯片，如下图所示：

配置对应的 Flash 编程算法：

下载完成：

如果编译 & 烧写无误，下载完成或者按下复位按键之后，会在串口上看到 RT-Thread 的启动 LOG 信息：

 \ | /
- RT -     Thread Operating System
 / | \     4.0.3 build Jun  2 2020
 2006 - 2020 Copyright by rt-thread team
msh >

5. 注意事项

• FPGA 开发环境基于 Libero V11.8.2.4，向上兼容，不支持低版本 IDE。
• ARM 开发环境基于 Keil MDK 5.26，如果使用SoftConsole IDE ，需要修改 libcpu 内的文件。
• 调试内部 ARM 核，需要把 JTAG_SEL 拉低，否则调试器连接不上。
• 使用 SoftConsole 开发环境可以直接使用官方的 Flash Pro 调试器进行 ARM 程序的调试。
• 内核时钟需要和 FPGA 中 MSS 配置的对应，Libero 自动生成的时钟文件，可以直接替换bsp\smartfusion2\libraries\sys_config文件夹下的文件 。

6. 参考资料

• 学习路线 - RT-Thread 文档中心
• Microsemi Libero系列中文教程

7. 联系我

• Github：whik
• E-Mail：wangchao149@foxmail.com