Baremetal-утилиты MCom-03

Репозиторий содержит baremetal-приложения для запуска на процессорах ARM CPU0 и MIPS32 RISC0.

Содержание

Тулчейны

Для сборки используются тулчейны ARM и RISC. Для RISC должен использоваться тулчейн производства ЭЛВИС (тулчейн реализует обходы аппаратных ошибок ядра).

Оба тулчейна входят в состав MCom-03 Linux SDK. Описание тулчейнов — Средства сборки

Подготовка среды:

wget https://dist.elvees.com/mcom03/buildroot/2023.03/rockpi/images/aarch64-buildroot-linux-gnu_sdk-buildroot.tar.gz
tar -xf aarch64-buildroot-linux-gnu_sdk-buildroot.tar.gz
source aarch64-buildroot-linux-gnu_sdk-buildroot/environment-setup
export MIPS32_CMAKE_TOOLCHAIN_FILE=$PWD/aarch64-buildroot-linux-gnu_sdk-buildroot/opt/toolchain-mipsel-elvees-elf32/share/cmake/toolchain.cmake
export ARM_CMAKE_TOOLCHAIN_FILE=$PWD/aarch64-buildroot-linux-gnu_sdk-buildroot/share/buildroot/toolchainfile.cmake

Note

Ссылка на релиз MCom-03 Buidroot приведена справочно. Последняя версия данного репозитория может требовать более свежих версий компиляторов.

Сборка

Сборка проекта для MIPS32 (RISC0):

cmake -S . -B build-mips -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=$MIPS32_CMAKE_TOOLCHAIN_FILE
make -j -C build-mips

Сборка проекта ARM64 (CPU0):

cmake -S . -B build-arm -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=$ARM_CMAKE_TOOLCHAIN_FILE
make -j -C build-arm

Разработка

Для проверки форматирования используется pre-commit (см. pre-commit.com):

pre-commit run --all-files

hello-world

Приложение в бесконечном цикле выводит сообщение "Hello, world!" в UART0 и переключает состояние GPIO1_PORTD_0 (на плате MCom-03 BuB к этому GPIO подключен светодиод HL11).

Приложение собирается в двух (для MIPS) или трёх (для ARM64) вариантах:

• XIP для запуска с QSPI-памяти;
• RAM для запуска через JTAG или при загрузке через консоль UART;
• U-Boot для запуска из U-Boot (доступно только для ARM64).

Запуск с QSPI0

1. Собрать приложение для MIPS32.
2. Прошить файл hello-world-mips-xip0.bin на SPI-флеш.
3. Подключить SPI-флеш в разъём QSPI0.
4. Выставить переключатели BOOT в состояние "000".
5. Подать питание на MCom-03.

Запуск с QSPI1

1. Собрать приложение для ARM64.
2. Прошить файл hello-world-aarch64-xip1.bin на SPI-флеш.
3. Подключить SPI-флеш в разъём QSPI1.
4. Выставить переключатели BOOT в состояние "101".
5. Подать питание на MCom-03.

Запуск через JTAG с RISC0

1. Собрать приложение для MIPS32.
2. Выставить переключатели BOOT в состояние "000" или "011".
3. Подать питание на MCom-03.

4. Запустить MDB и выполнить команды:

   loadelf <путь_к_файлу>/hello-world-mips-ram.elf
   set risc.pc 0xa0000000
   run

Запуск через JTAG с CPU0

1. Собрать приложение для ARM64.
2. Выставить переключатели BOOT в состояние "000" или "011".
3. Подать питание на MCom-03.

4. Запустить MDB и выполнить команды:

   set 0xbf000020 0x10
   loadbin <путь_к_файлу>/hello-world-aarch64-ram.bin 0xa0000000
   set 0xbf000000 0x10
   set 0xbf001008 0x115
   set 0xa1080000 0x2
   set 0xa1080004 0x2
   set 0xa1080008 0x2
   set 0xa1000040 0x10
   set 0xa100011C 0x0
   set 0xa1000000 0x10

Запуск через UART-консоль

1. Собрать приложение для MIPS32.
2. Выставить переключатели BOOT в состояние "011".
3. Подать питание на MCom-03.

4. Передать содержимое приложения в накристальное ОЗУ:

   cat hello-world-mips-ram.hex > /dev/ttyUSB0

5. Открыть UART-консоль:

   minicom -D /dev/ttyUSB0

6. В UART-консоли ввести команду:

   run

Запуск через U-Boot

1. Собрать приложение для ARM64.
2. Запустить U-Boot. При появлении соощения Hit any key to stop autoboot нажать любую клавишу, что бы перейти в режим командной строки.
3. Загрузить elf-файл в память любым способом. Например:

   • через UART0 по протоколу XMODEM:

     loadx $loadaddr

   • с SD-карты:

     load mmc 1:1 $loadaddr /spi-flasher-aarch64-uboot.elf

4. Запустить исполнение elf-файла:

   setenv autostart 1
   bootelf $loadaddr

Note

В U-Boot доступно только 256 МиБ DDR-памяти в диапазоне от 0x8_9040_0000 до 0x8_A03F_FFFF поэтому загружать elf-файл необходимо в пределах этого диапазона. Следует учитывать, что в верхней части этого диапазона располагается код U-Boot, который нельзя перекрывать. Адрес начала U-Boot можно посмотреть в поле relocaddr, выполнив команду bdaddr. Для избежания повреждения кода U-Boot при загрузке файла рекомендуется использовать адрес из переменной loadaddr. При выполнении команды bootelf elf-файл будет распакован по адресу 0x8_9100_0000.

spi-flasher

Приложение предназначено для загрузки в режиме UART0 (BOOT=3) и предоставляет функционал для работы с памятью SPI NOR, подключенной к QSPI0 или QSPI1. Приложение используется скриптом mcom03-flash-tools для прошивки SPI Flash.

Приложение spi-flasher предоставляет консоль через UART0 и может использоваться вручную без mcom03-flash-tools (кроме записи данных, которые передаются в бинарном виде). Для ручного запуска spi-flasher необходимо выполнить следующие действия:

1. Собрать spi-flasher для архитектуры MIPS (нужен файл spi-flasher-mips-ram.hex).
2. Выставить переключатели BOOT в состояние "011" и подать питание на MCom-03 (или нажать Reset, если питание уже было подано).

3. Выполнить:

   cat spi-flasher-mips-ram.hex > /dev/ttyUSB0

4. Открыть UART в любом текстовом терминале (например, minicom -D /dev/ttyUSB0).
5. Выполнить команду run. После этого начинает исполняться spi-flasher.

Основные команды:

• qspi <id> [v18] <id> - выбор QSPI0 или QSPI1; [v18] - выбор напряжения КП QSPI1. Для QSPI0 значение [v18] игнорируется. [v18] = 0 - режим 3.3В, [v18] = 1 - режим 1.8В (например, qspi 1 0).
• read <offset> <size> [text|bin] - чтение содержимого SPI Flash. <offset> - смещение, начиная с которого читать данные, <size> - размер данных. Если третий аргумент не указан или указан как text, то данные выводятся в текстовом виде. Бинарный вид (bin) используется только для mcom03-flash-tools. Например, read 0 0x200.
• write <offset> <page_size> - запись данных в SPI Flash, начиная со смещения <offset>. <page_size> - размер страницы (можно узнать из описания на микросхему SPI Flash). Для записи используется собственный протокол: Запись данных.
• erase <offset> - очистка сектора, начинающегося со смещения <offset>. Размер сектора зависит от конкретной флеш-памяти (для S25FL128S сектор имеет размер 64 КиБ).
• readcrc <offset> <size> - посчитать и вывести в консоль CRC16 для <size> байт данных, начиная со смещения <offset>.
• custom <tx_data> <rx_size> - отправка на SPI Flash данных <tx_data> и вывод <rx_size> байт ответа. <tx_data> - это набор байт, записанных слитно в 16-ричном представлении. Перед <tx_data> можно не указывать 0x. Например, команда custom 0b00020000 64 или custom 0x0b00020000 64 отправит на SPI 5 байт [0b, 00, 02, 00, 00] (команда FAST_READ, адрес 0x200 и один dummy-байт) и прочитает 64 байта ответа. <rx_size> может быть любым неотрицательным целым числом.

• bootrom - прыжок в код BootROM. Это действие выглядит как перезагрузка. Доступно только для сборки под процессор MIPS. Для тестирвоания команды можно использовать следующий код:

  # загрузить SPI Flasher в память и запустить
  cat spi-flasher-mips-ram.hex > /dev/ttyUSB0
  sleep 1
  echo "run" > /dev/ttyUSB0
  
  # проверить, что запускается именно SPI Flasher и он знает команду "bootrom"
  echo -e "help\r" > /dev/ttyUSB0 & grep "bootrom" /dev/ttyUSB0
  sleep 1
  
  # выполнить команду "bootrom" и проверить, что запущена именно консоль BootROM
  echo -e "bootrom\r" > /dev/ttyUSB0
  sleep 1
  echo -e "help\r" > /dev/ttyUSB0 & grep "devcommit" /dev/ttyUSB0

• exit - выход в родительскую программу, из которой был вызван spi-flasher. Доступно только для сборки под U-Boot.

Запись данных

Команда write указывает смещение и размер страницы. Команда возвращает строку:

Ready for data
#

После чего ожидает блоки данных. Структура блока:

+--------------------------------------------------+
| len_lo | len_hi | crc_lo | crc_hi | payload .... |
+--------------------------------------------------+

• len_lo и len_hi - младший и старший байты размера данных payload в байтах (размер блока не должен превышать размер страницы, указанный командой write);
• crc_lo и crc_hi - младший и старший байты CRC16 от данных payload;
• payload - данные для записи.

Если размер указан нулевой размер payload, то происходит возврат в консоль. После передачи последнего байта payload spi-flasher выдаёт один из ответов:

• символ 'R' - означает, что блок записан и spi-flasher ожидаёт следующий блок;
• символ 'C' - означает, что CRC16 от payload не соответствует укзанному (данные повредились при передаче через UART). В этом случае запись не производилась и можно либо повторить передачу этого блока, либо прервать запись и вернуться в консоль, указав нулевой размер данных;
• строка 'En<сообщение>n' - означает, что произошла ошибка.