Il blog di Leonardo: SoC

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domenica 5 giugno 2016

Cyclone V SoC: Configuriamo ARM DS-5

Precedentemente avevamo visto come collegare la scheda DE1-SoC al computer tramite cavo ethernet, vediamo adesso come configurare al meglio il software DS-5 per essere maggiormente produttivi nella scrittura del software.

In particolare all’interno dello stesso programma riusciremo ad avere sotto controllo il filesystem, i processi ed un terminale per interagire col nostro sistema ed il debug remoto dei nostri programmi.

Come prima operazione cambiamo la password al nostro sistema Linux tramite il comando passwd,questo ci permetterà di collegarci tramite SSH in quanto una password, per quanto semplice sia, è mandatoria.

Apriamo adesso Eclipse for DS-5 e scegliamo il menù Window / Open Perspective / Other come mostrato nella figura seguente:

Scegliamo Remote System Explorer e confermiamo con OK

Apparirà un nuovo pannello, facciamo click col tasto destro del mouse su Local e scegliamo New / Connection

Alla richiesta del tipo di sistema remoto scegliamo Linux e facciamo click su Next. Specifichiamo adesso i dati di connessione della scheda e premiamo nuovamente Next.

Selezioniamo ssh.files tra le configurazioni disponibili per utilizzare il protocollo Sftp per accedere al filesystem e premiamo Finish.

Espandendo la voce DE1SOC e navigando tra i menù avremo adesso la possibilità di copiare file tramite drag-and-drop, visionare e terminare processi ed interagire col sistema tramite terminale.

NB: Verrà chiesta la password prima di accedere alle risorse del sistema remoto e la prima volta un messaggio di Warning ci informerà che l’autenticità dell’host non può essere stabilita, premete semplicemente Yes in quanto con una connessione diretta tramite ethernet non ci sono particolari problematiche di sicurezza.

Creiamo adesso un nuovo progetto scegliendo File / New / C Project. Scegliamo GCC come Toolchain, utilizzeremo gli strumenti gratuiti inclusi nella versione ARM DS-5 Community Edition.

Il progetto creato sarà inizialmente vuoto, aggiungiamo un file sorgente scegliendo New / Source File ricordandoci di aggiungere l’estensione .C al nome del file.

Creiamo un semplice Hello Arm con il seguente codice e compiliamo tramite Project / Build All:

Selezioniamo Debug Configurations premendo il triangolino vicino al pulsante Debug, come illustrato nell’immagine seguente:

A questo punto scegliamo come target Linux Application Debug / Application Debug / Connections via gdbserver / Download and debug application visto che andremo a fare il debug di un applicazione Linux. La versione più completa di DS-5 mostrerà in questa schermata anche altre opzioni di cui però non ci occuperemo.

Spostandoci nella scheda adiacente Files scegliamo come Application on host to download tramite il pulsante Workspace l’eseguibile creato in precedenza.

Nei campi Target download directory e Target working directory impostiamo il percorso /home/root

Confermiamo con Apply e chiudiamo la finestra di dialogo. Siamo adesso pronti ad effettuare un debug remoto con strumenti quali breakpoint, esecuzione passo passo e la visualizzazione di dati relativi a variabili e thread. Premiamo semplicemente il pulsante Debug per iniziare.

Una volta terminata la sessione di Debug esplorando i file presenti nel sistema remoto noteremo la presenza dell’eseguibile, che sarà richiamabile anche in modo tradizionale tramite terminale.

Nonostante questo articolo sia meno tecnico del solito, avere a disposizione la corretta procedura può accelerare la messa a punto della propria postazione di sviluppo. Alla prossima.

lunedì 27 luglio 2015

Cyclone V SoC: Ethernet senza router con DE1-SoC

La documentazione di Terasic per la DE1-SoC è ben fatta e seguendo il manuale e gli esempi si sarà in grado di programmare il processore ARM, usare l'area logica programmabile e capire l'interazione tra queste due componenti.

Sul sito web è presente un'immagine pronta all'uso di un sistema Linux Console che è possibile scrivere su una scheda MicroSD da almeno 4GB come descritto nella DE1-SoC Getting Started Guide o nel tutorial Using Linux on the DE1-SoC.

Riassumendo è necessario:
- preparare la MicroSD ed inserirla nella DE1-SoC
- impostare tutti i dip switch sul retro della scheda su OFF per configurare la FPGA dal processore ARM all'avvio
- accendere il sistema
- collegare il cavo micro USB al PC
- Utilizzare programmi come Putty per aprire un terminale con la DE1-SoC

Nell'immagine la configurazione di default (AS) della scheda una volta aperta dalla scatola e sotto le varie configurazioni possibili, da notare l'ordine [4:0] utilizzato nella tabella

L'utilizzo del cavo USB può però essere sostituito dal cavo Ethernet, che utilizzeremo anche per la comunicazione col pc nelle nostre applicazioni nei prossimi articoli. Il vantaggio principale è la maggiore velocità di comunicazione raggiungibile tramite Ethernet, la scheda supporta infatti la velocità Gigabit contro i 115200 bps della seriale.

Nella documentazione di Terasic, nel documento My_First_HPS, è mostrato un esempio di configurazione con router, il che toglie però un po' di praticità al tutto in quanto necessario router con alimentatore, due cavi ethernet, etc..

Avere sottomano un router gigabit non è poi cosa scontata vista l'ampia diffusione di router a 10/100 Mbps. E' sicuramente più comune invece avere solamente un portatile con scheda di rete Gigabit.

NB: Per l'utilizzo della velocità Gigabit è importante avere un cavo CAT5e o superiore di buona qualità. Cavi non adatti avranno impatto sulla velocità della comunicazione.

Vediamo come rendere il nostro ambiente più snello collegando direttamente il pc alla scheda con un singolo cavo ethernet.

Una volta collegati alla DE1-SoC da terminale (tramite USB) digitiamo:

vi /etc/network/interfaces

per editare il file di configurazione delle interfacce di rete tramite il programma testuale vi.

Ricordo che vi ha due modalità di funzionamento: inserimento e comandi.

Inizialmente il programma è in modalità comandi, premiamo "i" per passare alla modalità inserimento ed inseriamo:

iface eth0 inet static
address 192.168.0.3
netmask 255.255.255.0
broadcast 192.168.0.255

al posto di

iface eth0 inet dhcp

che possiamo semplicemente commentare ponendo il cancelletto (#) all'inizio della riga.

Dopodichè premiamo ESC per tornare in modalità comandi e scriviamo ":wq" (senza virgolette) e battiamo invio per salvare ed uscire.

Così facendo utilizzeremo un IP statico al posto di un IP dinamico che senza un router è "macchinoso" assegnare. Riavviamo tramite il comando "reboot" la DE1-SoC.

Nella scheda di rete sul pc, collegata alla DE1-SoC, impostiamo invece i seguenti parametri

La configurazione è terminata, adesso sarà possibile accedere alla DE1-SoC senza router tramite l'IP 192.168.0.3, tramite SSH per esempio, mentre il PC avrà IP 192.168.0.2.

E' naturalmente possibile adattare gli indirizzi IP in base alle proprie esigenze, è importante che non ci siano conflitti con altri indirizzi IP presenti nella vostra rete.

Vedremo nel prossimo articolo come configurare DS-5 per navigare il filesystem tramite SFTP ed il terminale SSH integrato per evitare di tenere aperti più programmi durante lo sviluppo, proprio con la sola connessione ethernet così configurata.

Cyclone V SoC: Gli strumenti di sviluppo per ARM

La scheda DE1-SoC come dice il nome e come abbiamo già anticipato, include un SoC (System On Chip) composto da una logica programmabile FPGA ed un processore ARM in un unico chip.

Diamo ora uno sguardo a quali sono gli strumenti di sviluppo per questo nuovo SoC.

La FPGA è programmabile come di consueto tramite Quartus II, il processore ARM necessita invece dell'installazione della SoC Embedded Design Suite (SoC EDS), una suite di sviluppo disponibile anch'essa come Quartus nella versione gratuita Web Edition o nella versione a pagamento Subscription Edition.

La differenza principale è la possibilità nella versione a pagamento di sviluppare bare-metal, ovvero di programmare il processore al livello più basso, senza un sistema operativo, e di utilizzare il compilatore di casa ARM. Generalmente se si necessità di funzionalità avanzate come la comunicazione di rete si opta per un sistema dotato di un sistema operativo, lo sviluppo bare-metal è quasi sempre relegato ad applicazioni real-time dove è necessario un determinismo maggiore.

La versione gratuita limita lo sviluppo ad applicazioni Linux/Android tramite GCC ma in molti casi questo non rappresenta un grosso limite. Lo sviluppo bare-metal di processori complessi come l'ARM Cortex A9 non è "consigliato" nei progetti più comuni mentre può avere più senso sviluppare applicazioni e driver specifici per Linux.

Per un elenco completo delle differenze tra le due versioni rimando alla pagina ufficiale.

Vediamo adesso cosa include il SoC EDS:

- ARM DS-5: l'ambiente di sviluppo basato su Eclipse che include praticamente tutto quello di cui si ha bisogno per lo sviluppo di applicazioni basate su Linux.

- Hardware Libraries: librerie di basso livello denominate HWLIB che contengono API per l'utilizzo dei GPIO, I2C, SPI, etc.. per il solo sviluppo bare-metal

- Configuration Tools: tool come il Device Tree Generator utili per il solo sviluppo bare-metal

- Examples: esempi, quasi tutti per lo sviluppo bare-metal.

Come è possibile intuire utilizzeremo sostanzialmente il solo ARM DS-5 con il compilatore GCC incluso nell'installazione.

L'utilizzo del compilatore GCC in ambiente Windows non è consigliato da Altera e presenta problemi non presenti nella versione Linux. Ad esempio nella versione attuale (GCC 4 inclusa in DS-5) si hanno problemi di compilazione con programmi contenenti istruzioni NEON. E' quindi consigliabile innanzitutto installare SoC EDS su un sistema Linux in caso di problemi.

E' da notare che è possibile utilizzare il compilatore gratuito GCC per lo sviluppo bare-metal anche senza l'utilizzo di DS-5, tramite makefile per esempio, anche se vedremo solamente lo sviluppo di applicazioni Linux sul processore ARM, lasciando a chi volesse intraprendere lo sviluppo bare-metal alla corposa documentazione disponibile.