如何将Nios II硬件和软件合成一个文件（NIOS II）烧进EPCS falsh

前面说到：

1、nios软核程序标配CFI flash 和Sdram（sdram），flash 存储程序（也可以XIP），sdram运行程序。

2、对于板子上没有falsh和sdram的，可以把程序存在EPCS falsh（配置flash）里，上电运行在on_chip ram（rom）里。

感谢以下链接：http://www.cnblogs.com/liu_xf/archive/2011/10/23/2221880.html

方法1、将NIOS的软件sys_lib中.text等软件文件配置成on-chip-ram，然后生成on-chip-ram.hex,用来初始化sopc中reset-vector中的on-chip-flash的on-chip-ram，.hex作为ram初始化文件，编译后生成.sof和.pof，AS进FPGA后，断电重启后，程序从epcs中复制到on-chip-ram中运行。

ram的大小目前设置为2048.00Kbtes,约200Kbytes，nios的流水灯程序大小为17+182Kbytes,windows下显示为485kb。

测试quartus下102400，8位hex文件，windows下显示大小为1500kb。

注意：这里是程序reset-vector在on-chip-ram里，sys-lib程序文件全部生成在这个ram里，上电后，程序作为ram的初始化文件，生成pof文件后复制到ram中运行。

在方法2中：

1、sopc的reset-vector配置在epcs-flash里，异常向量在on-chip-ram里，syslib还是配置生成在on-chip-ram里。

2、ram的初始文件还是设置为.hex，当然sopc要加一个epcs-flash的控制部件，然后要引出epcs-falsh的data、SDIo、DCLK和flash-nce引脚作为配置后的普通flash来运行nios软件。

3、quartus下jtag接口把.sof文件配置进fpga，构建基础的flash配置环境；然后用nios的flash的program将elf和sof文件配置进epcs里。

4、上电后，程序从epcs中复制到ram中运行，程序异常后可以重新加载（reset-vector）；而不是向方法1，程序是作为.hex文件初始化来运行的，程序异常只能断电重新初始化。（这个是本人猜想的，后期测试）。

---------------------------------------以下是连接的文章，帮我走出困境，感谢------------------------------------

http://www.cnblogs.com/liu_xf/archive/2011/10/23/2221880.html

摘要：

       在nios中，有hardware和software，分别有两个文件，如果固化到系统中，需要进行二次下载。下载hardware还好，直接在quartus programer里操作就行，可是software却要在nios ii IDE里操作，不是很方便。再说了，nios ii download elf的时候经常会出一些问题，不知道是软件bug的原因还是什么，本人在nios ii 10.0下对ep3c16下载elf总是不成功，于是采用了一个新的方法，总算将hw和sw固化成功了。

介绍：

     软件版本：10.0  

     硬件：EP3C16240   M25P64

    在nios ii 下用flash programer时，弹出如下提示：

#!/bin/sh
#
# This file was automatically generated by the Nios II IDE Flash Programmer.
#
# It will be overwritten when the flash programmer options change.
#

cd D:/vga_board_hdl_code/hello_nios_cy3/software/hello_world_0/Debug

# Creating .flash file for the FPGA configuration
"$SOPC_KIT_NIOS2/bin/sof2flash" --epcs --input="D:/vga_board_hdl_code/hello_nios
_cy3/hello_cy3.sof" --output="hello_cy3.flash" 
Info: *******************************************************************
Info: Running Quartus II Convert_programming_file
Info: Command: quartus_cpf --no_banner --convert --device=EPCS128 --option=hello
_cy3.opt D:/vga_board_hdl_code/hello_nios_cy3/hello_cy3.sof hello_cy3.pof
Info: Quartus II Convert_programming_file was successful. 0 errors, 0 warnings
    Info: Peak virtual memory: 93 megabytes
    Info: Processing ended: Sun Oct 23 17:21:45 2011
    Info: Elapsed time: 00:00:02
    Info: Total CPU time (on all processors): 00:00:02
Info: *******************************************************************
Info: Running Quartus II Convert_programming_file
Info: Command: quartus_cpf --no_banner --convert hello_cy3.pof hello_cy3.rpd
Info: Quartus II Convert_programming_file was successful. 0 errors, 0 warnings
    Info: Peak virtual memory: 91 megabytes
    Info: Processing ended: Sun Oct 23 17:21:50 2011
    Info: Elapsed time: 00:00:04
    Info: Total CPU time (on all processors): 00:00:04

# Programming flash with the FPGA configuration
"$SOPC_KIT_NIOS2/bin/nios2-flash-programmer" --epcs --base=0x00000000 --sidp=0x0
0001818 --id=1579616574 --timestamp=1319355357 --instance=0 "hello_cy3.flash"
Using cable "USB-Blaster [USB-0]", device 1, instance 0x00
Resetting and pausing target processor: OK
Reading System ID at address 0x00001818: verified

              : Checksumming existing contents          

00000000      : Verifying existing contents             

00010000      : Verifying existing contents             

00020000      : Verifying existing contents             

00030000      : Verifying existing contents             

00000000      : Reading existing contents               

00010000      : Reading existing contents               

00020000      : Reading existing contents               

00030000      : Reading existing contents               

Checksummed/read 61kB in 12.9s                                        

00000000 ( 0%): Erasing                                 

Erase failed at offset 0                                         
Leaving target processor paused

# Creating .flash file for the project
"$SOPC_KIT_NIOS2/bin/elf2flash" --epcs --after="hello_cy3.flash" --input="hello_
world_0.elf" --output="epcs_flash_controller.flash"

# Programming flash with the project
"$SOPC_KIT_NIOS2/bin/nios2-flash-programmer" --epcs --base=0x00000000 --sidp=0x0
0001818 --id=1579616574 --timestamp=1319355357 --instance=0 "epcs_flash_controll
er.flash"
Using cable "USB-Blaster [USB-0]", device 1, instance 0x00
Resetting and pausing target processor: OK
Reading System ID at address 0x00001818: verified

              : Checksumming existing contents          

00030000      : Verifying existing contents             

00030000      : Reading existing contents               

Checksummed/read 42kB in 4.4s                                        

00030000 ( 0%): Erasing                                 

Erased 64kB in 0.0s                                    

00030000 ( 0%): Programming                             

Program failed                                         
Leaving target processor paused

有时又没有failed的信息

#!/bin/sh
#
# This file was automatically generated by the Nios II IDE Flash Programmer.
#
# It will be overwritten when the flash programmer options change.
#
cd D:/MySoftwares/QuartusII/Mywork/sopc_project/led_test/software/led_test/Debug
# Creating .flash file for the FPGA configuration
"$SOPC_KIT_NIOS2/bin/sof2flash" --epcs --input="D:/MySoftwares/QuartusII/Mywork/
sopc_project/led_test/led_test.sof" --output="led_test.flash" 
Info: *******************************************************************
Info: Running Quartus II Convert_programming_file
Info: Command: quartus_cpf --no_banner --convert --device=EPCS128 --option=led_t
est.opt D:/MySoftwares/QuartusII/Mywork/sopc_project/led_test/led_test.sof led_t
est.pof
Info: Quartus II Convert_programming_file was successful. 0 errors, 0 warnings
    Info: Peak virtual memory: 70 megabytes
    Info: Processing ended: Wed Mar 30 12:34:48 2011
    Info: Elapsed time: 00:00:02
    Info: Total CPU time (on all processors): 00:00:02
Info: *******************************************************************
Info: Running Quartus II Convert_programming_file
Info: Command: quartus_cpf --no_banner --convert led_test.pof led_test.rpd
Info: Quartus II Convert_programming_file was successful. 0 errors, 0 warnings
    Info: Peak virtual memory: 68 megabytes
    Info: Processing ended: Wed Mar 30 12:34:51 2011
    Info: Elapsed time: 00:00:03
    Info: Total CPU time (on all processors): 00:00:02
# Programming flash with the FPGA configuration
"$SOPC_KIT_NIOS2/bin/nios2-flash-programmer" --epcs --base=0x01001800 --sidp=0x0
1002018 --id=1794073991 --timestamp=1301451768 --instance=0 "led_test.flash"
Using cable "USB-Blaster [USB-0]", device 1, instance 0x00
Resetting and pausing target processor: OK
Reading System ID at address 0x01002018: verified
              : Checksumming existing contents         
00000000      : Verifying existing contents            
00010000      : Verifying existing contents            
00020000      : Verifying existing contents            
00000000      : Reading existing contents              
00010000      : Reading existing contents              
00020000      : Reading existing contents              
Checksummed/read 54kB in 1.4s                                       
00000000 ( 0%): Erasing                                
00010000 (33%): Erasing                                
00020000 (66%): Erasing                                
Erased 192kB in 1.9s (101.0kB/s)                      
00000000 ( 0%): Programming                            
00010000 (33%): Programming                            
00020000 (66%): Programming                            
Programmed 139KB +53KB in 3.3s (58.1KB/s)                  
Did not attempt to verify device contents
Leaving target processor paused
# Creating .flash file for the project
"$SOPC_KIT_NIOS2/bin/elf2flash" --epcs --after="led_test.flash" --input="led_tes
t.elf" --output="epcs_controller.flash"
# Programming flash with the project
"$SOPC_KIT_NIOS2/bin/nios2-flash-programmer" --epcs --base=0x01001800 --sidp=0x0
1002018 --id=1794073991 --timestamp=1301451768 --instance=0 "epcs_controller.fla
sh"
Using cable "USB-Blaster [USB-0]", device 1, instance 0x00
Resetting and pausing target processor: OK
Reading System ID at address 0x01002018: verified
              : Checksumming existing contents         
00020000      : Verifying existing contents            
00020000      : Reading existing contents              
Checksummed/read 42kB in 1.1s                                       
00020000 ( 0%): Erasing                                
Erased 64kB in 0.6s (106.6kB/s)                       
00020000 ( 0%): Programming                            
Programmed 23KB +41KB in 0.7s (91.4KB/s)                   
Did not attempt to verify device contents
Leaving target processor paused

    但重启电源后，NIOS不运行，甚至连config_done的灯都常亮（hw配制完成后，应该是灭的），看来连前面固化的pof都给冲掉了。

    在cyclone和cyclone ii上都是可以的，从来没出过这种问题，现在cyclone iii上却总是不成功，Altera说是9.0软件的bug，在9.0 SP2上面解决了，可我又没有SP2，换成10.0后还是不行；开始怀疑是不是硬件问题，但我用JTAG和AS模式都可以，而且用JTAG 下载JIC也正常，FLASH换成EPCS4也是一样，这说明硬件是没问题的，可能问题在epcs_contoller和nios ii里面。

    苦寻数日，终未解决，后以只好另寻它法。

    心想，即然JTAG下载JIC到FLASH正常，那么能不能将HW和HS合并成一个JIC呢，答案是肯定的。

1、将HW和SW合成一个JIC文件

    需要的文件:sof,elf;

    step1:先将硬件映像和软件映像转换成flash文件
    打开nios II command shell，输入：

   

sof2flash --input=hello_cy3.sof --output=hwimage.flash --epcs --verbose
elf2flash --input=hello_world_0.elf --output=swimage.flash --epcs --after=hwimage.flash --verbose

    step2: 把flash文件转化成hex文件

nios2-elf-objcopy -I srec -O ihex hwimage.flash  hwimage.hex
nios2-elf-objcopy -I srec -O ihex swimage.flash  swimage.hex

    step3:打开Quartus® II Convert Programming File 工具，给Flash Loader添加器件类型，然后添加第2步转化出来的hex文件。添加hex文件时，选中“绝对地址”选项。

   

    点击Gererate，即生成了jic文件，再检查生成的 .map 文件有hwimage.hex在起始地址0x0，swimage.hex文件在hwimage.hex结束地址后的起始地址1

    hwsw_file.map显示了地址信息

BLOCK        START ADDRESS        END ADDRESS

hwimage.hex        0x00000000        0x00030FA5
swimage.hex        0x00030FA6        0x0003131D



Note: All the addresses in this file are byte addresses

当然了，也可以只转换swimage，hwimage直接用sof就可以了，不过，这个我没试，这里有说明

http://www.altera.com.cn/support/kdb/solutions/rd10132010_126.html

    最后，下载JIC文件，哈哈，NIOS综于跑起来了。

2、将HW和SW合成一个SOF文件

    其实在quartus中，也能像Xilinx 的EDK那样将hw和sw合成同一个bitstream。但是SW必须是在片内运行的。

    我们知道，NIOS II是不需要自已写bootloader的，NIOS II帮你写好了，但是只能从指定的FLASH Loader，但如果你要从其它的存储器Loader，比如说SD卡，那么就要自已写bootloader了，这样可以将bootloader和sof合成一个文件。

     这个方法，无需在SOPC Builder内添加epcs_controller模块；

    将CPU的reset地址和vector设置在onchip_mem;

    generate之后，无需立即重新编译Quartus 工程。

    在Nios II IDE中将system library的的program memary(.text)等，都设为onchip_mem；如下图：

    

     再重新build project。

    这个时候Nios II IDE自动创建onchip_memory初始化文件onchip_memory.hex，保存在与SOPC Builder系统文件（.ptf）同一个文件夹下。

    然后重新编译Quartus 工程，则自动将onchip_memory.hex内容包含在sof和pof文件中。

     然后在 Quartus Programmer中用AS模式下载POF就可以了。再重新上电，发现NIOS 就跑起来了。

结语：

     NIOS 出问题后不是很好解决，有些问题很难通过console输出的信息来判定问题所在，再加上编译的时间较长，这也增加了测试的时间。当然咯，有些是软件bug，但也有些是时序问题，比如说你对sopc builder里面做修改后，综合出来的结果会不一样，warring也不一样，例如，我在quartus 10.0里nios在onchip_memory能跑到100M,SDRAM 140M，但改成在sdram里运行后，RUN时，提示verifly错误，NIOS不能运行。改成90M 100M就可以了。所以说，掌握对warring的理解，和新的解决方法也是很不错的，必竟时间是有限的，只要目的达到了，就OK了，你说呢。

-----------------------------end--------------------------------------

1、nios的学习告一段落，上述的轻型nios配置一下试验，搞些简单的外设可以，用的很少，nios高级核还要收费，altera这个很坑跌，限制了nios的使用。

2、nios的学习和使用主要是为了C5中的arm A9双核做准备，这个总是免费使用的吧；跟xilinx的zynq-7000是一样的，直接形成竞争。

3、将来FPGA和arm必将合并到一个芯片中；也如Intel预测，嵌入式芯片和x86电脑的酷睿核一样，最终合并走到一起，不再区分嵌入式和计算机芯片了；此处立言为证。

4、当然，目前的arm+fpga还是以成本、可靠占据未来很长的市场。