ZhiHao's Blog

01：不依賴 Vitis 將 Bitstream 燒錄至 CMOD-A7 上

發布於

本篇文章將簡述如何在不使用 Vitis 的情況下，將 Bitstream 燒錄至 CMOD-A7 開發板上。

一、安裝 OpenFPGALoader

OpenFPGALoader 是一款跨平台的 FPGA 程式設計工具，相容於眾多主流廠商的 FPGA 及開發版，並且可在 Linux、Windows 和 macOS 系統上運作，在這份教學中，我們將使用 OpenFPGALoader 來將 Bitstream 燒錄至 CMOD-A7 開發板上。

以下安裝教學參考自官方網站上的安裝說明：https://trabucayre.github.io/openFPGALoader/guide/install.html

Windows

請先確保你的電腦已安裝 MSYS2，你可以透過搜尋 MSYS2 UCRT64 來確認你是否已經安裝好 MSYS2，若尚未安裝，請依照官方網站上的教學進行安裝。 在開始選單中搜尋 MSYS2 UCRT64

安裝完成後，開啟 MSYS2 UCRT64 終端機，並輸入以下指令來安裝 OpenFPGALoader：

pacman -S mingw-w64-ucrt-x86_64-openFPGALoader

安裝 OpenFPGALoader

等待它安裝完成之後，開啟終端機並輸入以下指令來確認 OpenFPGALoader 是否安裝成功：

openFPGALoader -V

如果安裝成功，終端機會顯示 OpenFPGALoader 的版本資訊，如下圖所示。 確認 OpenFPGALoader 是否安裝成功

如果沒有出現 OpenFPGALoader 的版本資訊，請嘗試將 UCRT64 的路徑加入系統環境變數中，如果在安裝 MSYS2 的過程中沒有修改安裝位置的話，UCRT64 的路徑預設為 C:\msys64\ucrt64\bin，請將此路徑加入系統環境變數中，並重新開啟終端機後再次輸入 openFPGALoader -V 來確認是否安裝成功。

macOS

開啟終端機並輸入以下指令來透過 Homebrew 安裝 OpenFPGALoader：

brew install openfpgaloader

二、替換 USB 驅動程式（僅 Windows）

由於 OpenFPGALoader 需要使用 libusb 來與 CMOD-A7 開發板進行通訊，因此我們需要替換掉 Windows 預設的 USB 驅動程式，改為使用 libusb 的驅動程式。

替換 USB 驅動程式後，可能無法同時使用 Vivado 或是 Vitis 進行燒錄或偵錯，如果在替換後想要恢復，請參考如果替換錯設備怎麼辦？ 來還原驅動程式。

下載並執行 Zadig 工具，並依照以下步驟進行操作：

  1. 在 Zadig 工具中，點擊「Options」選單，並勾選 「List All Devices」選項。 勾選 List All Devices 選項

  2. 在下拉選單中找到 Digilent Adept USB Device (Interface 0)，並選擇它。 選擇 Digilent Adept USB Device (Interface 0)

    如果你在下拉選單中找不到 Digilent Adept USB Device (Interface 0)，請嘗試先關閉 Zadig 工具，然後重新插拔 CMOD-A7 開發板，並再次開啟 Zadig 工具。

    請選擇 Digilent Adept USB Device (Interface 0)，而不是 Digilent Adept USB Device (Interface 1)，否則可能會導致燒錄失敗。

  3. 確認右側的驅動為 WinUSB，然後點擊「Replace Driver」按鈕來替換驅動程式，過程可能需要一點時間。 替換驅動程式 替換完成

如果替換錯設備怎麼辦？

如果你不小心替換了錯誤的設備，請依照以下步驟來還原驅動程式：

  1. 搜尋並開啟「裝置管理員」 開啟裝置管理員

  2. 尋找「通用序列匯流排裝置」或是「Universal Serial Bus devices」。 尋找通用序列匯流排裝置

  3. 將其中的設備右鍵點擊，並選取「解除安裝裝置」。 解除安裝裝置

  4. 解除安裝後，重新插拔安裝錯的設備，Windows 會自動重新安裝原本的驅動程式，這樣就可以還原驅動程式了。

三、測試連線

在終端機中輸入以下命令來尋找 USB 設備：

openFPGALoader -scan-usb

如果順利的話，終端機中會出現類似下列的訊息：

empty
Bus device vid:pid       probe_type manufacturer serial       product
004 032    0x0403:0x6010 FTDI2232   Digilent     210328BF9BB8 Digilent Adept USB Device

如果你的終端機中出現以下訊息，請檢查是否已經替換 USB 驅動程式，或是檢查 CMOD-A7 開發板是否已經正確連接到電腦上。

empty
Error: can't open device with vid:vid = 0x0403:0x6010. Error code -5 Entity not found
Bus device vid:pid       probe_type manufacturer serial product

接下來，輸入以下命令檢查是否有正確識別到 Artix-7 FPGA：

openFPGALoader -c digilent --detect

終端機中會出現已連接的 FPGA 型號：

empty
Jtag frequency : requested 6.00MHz    -> real 6.00MHz   
index 0:
        idcode 0x362d093
        manufacturer xilinx
        family artix a7 35t
        model  xc7a35
        irlength 6

接著就可以嘗試將 Bitstream 燒錄至 CMOD-A7 開發板上：

openFPGALoader -b cmoda7_35t release/boot_srec.bit

燒錄完成後，開發板上的橘色 LED 及 RGB LED 會亮起，表示燒錄成功。 燒錄成功

以上的命令是直接將 Bitstream 燒錄至 FPGA 中，但 FPGA 的配置會在斷電後消失，因此如果想要在每次上電時自動載入 Bitstream，請使用以下命令將 Bitstream 燒錄至 SPI Flash 中，讓 FPGA 在上電時自動從 Flash 中載入 Bitstream：

openFPGALoader -b cmoda7_35t -f --verify release/boot_srec.bit

四、結語

以上就是在不使用 Vitis 的情況下，將 Bitstream 燒錄至 CMOD-A7 開發板上的教學，透過 OpenFPGALoader 工具，我們可以輕鬆地將 Bitstream 燒錄至 FPGA 中，並且可以選擇將 Bitstream 燒錄至 SPI Flash 中，讓 FPGA 在每次上電時自動載入 Bitstream，這樣就可以在不使用 Vitis 的情況下，快速地將 Bitstream 燒錄至 CMOD-A7 開發板上，並且可以在每次上電時自動載入 Bitstream，方便我們進行開發與測試。