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事前準備

このページでは FPGA 側に実装される EPCQ256 デバイスに対して Linux 上からアクセスするための HW の編集方法およびデバイスドライバの追加方法について解説します。
この例では Sodia ボードを使用して実現しており、検証に使用した環境は以下の通りです:

• Sodia ボード
• Linux (Windows) ホストマシン
  Linux カーネルのビルドを実行するためには Linux ホストマシンが必要です。その他の作業については、Linux / Windows のいずれでも対応が可能です。
  ホストマシンには以下のツールがインストールされている必要があります。
  • Quartus Prime v15.1
  • SoC EDS v15.1
• 外付け USB SD カードリーダ or 内蔵 SD カードスロット
• 4GB (以上の) SD カード or SDHC カード。 実際のイメージは 2GB ですが、通常 SD カードには異常セクタがあるため 2GB の SD カードの場合起動しないことがあります。　

Sodia ボードの設定

ここでは Linux から FPGA 側の EPCQ デバイスにアクセスするために必要なボードの設定に関して解説します。下記の指示にしたがいボードをセットアップしてください。

• MSEL (J7) の設定
  FPGA 側に実装される EPCQ256 デバイスは FPGA の専用ピンに割り当てられているため Active Serial (AS) モードを選択する必要があります。 このため Sodia ボード表面左上(J7) のジャンパを以下の通り 10010b に設定します。

• BSEL & CSEL
  SD カードブートを指定します。CSEL は任意の設定で問題ありませんがここでは 00b を選択します。

• USB-UART コネクタ (CN11)
  コンソールとして使用します。USB ケーブルを介してホスト PC と接続してください。

• SD カードスロット (CN13)
  セットアップ済みの SD カードを挿入します。

• HPS Ethernet コネクタ (CN10)
  ターゲットボード上で動作している Linux へのデータの転送に使用します。

ダウンロードコンテンツ

以下より事前にコンパイル済みの各種データをダウンロード可能です。

Item	Download	Note
All In One SD カードイメージ	TBD	Linux PC で書き込む場合: $ sudo dd if=xxx.img of=/dev/sdx bs=1M or $ sudo dd if=xxx.img of=/dev/mmcblkx bs=1M Windows PC で書き込む場合: 汎用の書き込みソフトウェアを使用可能です。 Win32DiskImager tool 詳細は以下のページを参照ください: http://rocketboards.org/foswiki/view/Documentation/GSRD151SdCard http://rocketboards.org/foswiki/view/Documentation/GSRD151BootLinuxSd
HW リファレンスデザイン	sodia_ghrd_epcq_v15.1.2.zip	Sodia ボード向け GHRD をベースに EPCQ コントローラを追加したもの https://rocketboards.org/foswiki/view/Documentation/MacnicaSodiaEvaluationBoard#Resources
	soc_system.sof	プレビルド SOF ファイル
	soc_system.jic	プレビルド JIC ファイル
Linux カーネルソースツリー	TBD	EPCQ コントローラ用ドライバを有効化およびドライバのバグFixを実施済みのスナップショット
		プレビルド zImage

HW のカスタマイズ

EPCQ コントローラの追加

FPGA 側に接続される EPCQ256 デバイスにアクセスするためには、FPGA のファブリックに EPCQ を制御するためのコントローラを実装する必要があります。Qsys には以下 2 タイプのコントローラが実装されており、ターゲットのデバイスが EPCQ であればどちらのコントローラも使用可能です。

• Altera Serial Flash Controller
• Altera Generic QUAD SPI controller

この例では Altera Serial Flash Controller を GHRD のリファレンスデザインに対して追加実装しています。実装後の Qsys 画面としては以下の通りです。

デバイスツリーのカスタマイズと生成

デバイスツリージェネレータで生成されるデバイスツリーの EPCQ コントローラ部の定義にはパーティション情報などが盛り込まれないためユーザにて追記する必要があります。デバイスツリーのパラメータに関しては Linux ソースツリーに格納されるドキュメントを参照してください。デバイスツリーをカスタマイズするための手法は以下 2 通りのやり方があります。

デバイスツリージェネレータやデバイスツリーに関しては以下のページをご参照ください。

• Device Tree Generator User Guide

デバイスツリーソースを直接編集する方法

この方法では、Linux 標準のデバイスツリー記述を使用可能です。デバイスツリージェネレータで生成したデバイスツリーソースファイルに対して直接編集を行います。その後、修正したソースファイルを DTC コマンドを使用してバイナリファイルへ変換します。

デバイスツリーのバイナリファイルを生成するには Embedded_Command_Shell より以下のコマンドを実行します。

$ sopc2dts --input soc_system.sopcinfo   --output soc_system.dts   --type dts   --board soc_system_board_info.xml   --board hps_common_board_info.xml   --bridge-removal all   --clocks

生成された soc_system.dts ファイルをテキストエディタで開き Altera Serial Flash Controller の定義を編集します。この時、Qsys で指定したコンポーネント名をベースに定義されているため今回の例であれば epcq_controller_0 が該当します。追加するパラメータについては Linux カーネルソースツリー以下のディレクトリ(/Documentation/devicetree/bindings/)に格納されるドキュメントを参照してください。

参考として QSPI コントローラに関するドキュメントの記載を紹介します。 (https://github.com/altera-opensource/linux-socfpga/blob/socfpga-3.10-ltsi/Documentation/devicetree/bindings/mtd/altera_quadspi.txt)

 * MTD Altera QUADSPI driver

Required properties:
- compatible: Should be "altr,quadspi-1.0"
- reg: Address and length of the register set  for the device. It contains
  the information of registers in the same order as described by reg-names
- reg-names: Should contain the reg names
  "avl_csr": Should contain the register configuration base address
  "avl_mem": Should contain the data base address
- #address-cells: Must be .
- #size-cells: Must be .
- flash device tree subnode, there must be a node with the following fields:
   - compatible: Should contain the flash name
   - #address-cells: please refer to /mtd/partition.txt
   - #size-cells: please refer to /mtd/partition.txt
   For partitions inside each flash, please refer to /mtd/partition.txt

Example:

         quadspi_controller_0: quadspi@0x180014a0 {
            compatible = "altr,quadspi-1.0";
            reg = ,
                  ;
            reg-names = "avl_csr", "avl_mem";
            #address-cells = ;
            #size-cells = ;
            flash0: epcq256@0 {
               compatible = "epcq256-nonjedec";
               #address-cells = ;
               #size-cells = ;
               partition@0 {
                  /* 16 MB for raw data. */
                  label = "EPCQ Flash 0 raw data";
                  reg = ;
               };
               partition@1000000 {
                  /* 16 MB for jffs2 data. */
                  label = "EPCQ Flash 0 JFFS 2";
                  reg = ;
               };
            };
         }; //end quadspi@0x180014a0 (quadspi_controller_0)

上記定義をベースに必要なパラメータを追加後、Embedded_Command_Shell より以下のコマンドを使用してデバイスツリーをソースファイルからバイナリファイルに変換します。

$ dtc -I dts -O dtb -o soc_system.dtb soc_system.dts

Note: Qsys ファイルを編集してしまった場合には再度デバイスツリージェネレータを使用してデバイスツリーソースファイルを生成し追加パラメータの編集が必要です。

デバイスツリージェネレータが使用するXMLファイルを編集する方法

デバイスツリージェネレータは XML ファイルを使用してユーザが追加するパラメータを引き渡すことが可能です。各種キット用の GHRD と呼ばれる HW リファレンスデザインにはデフォルトで使用する XML ファイルが格納されるためこのファイル(soc_system_board_info.xml)を編集します。XML ファイルの記述はツール独自のため難易度が高いようであればデバイスツリーソースを直接編集する方法をおすすめします。この例では、以下の通り Altera Serial Flash Controller に対するデバイス定義にパーティション情報などを付加しています。

<DTAppend name="compatible" parentlabel="epcq_controller_0" >
 <val type="string">altr,quadspi-1.0</val>
 <val type="string">altr,epcq-1.0</val>
</DTAppend>
<DTAppend name="#address-cells" type="number" parentlabel="epcq_controller_0" val="1"/>
<DTAppend name="#size-cells" type="number" parentlabel="epcq_controller_0" val="0"/>
<DTAppend name="epcq256@0" type="node" parentlabel="epcq_controller_0" newlabel="flash1"/>
<DTAppend name="compatible" type="string" parentlabel="flash1" val="epcq256-nonjedec"/>
<DTAppend name="#address-cells" type="number" parentlabel="flash1" val="1"/>
<DTAppend name="#size-cells" type="number" parentlabel="flash1" val="1"/>
<DTAppend name="partition@0" type="node" parentlabel="flash1" newlabel="epcq_part0"/>
<DTAppend name="label" type="string" parentlabel="epcq_part0" val="EPCQ Flash 0 Raw Data"/>
<DTAppend name="reg" parentlabel="epcq_part0" >
<val type="hex">0x0</val>
<val type="hex">0x1000000</val>
</DTAppend>
<DTAppend name="partition@800000" type="node" parentlabel="flash1" newlabel="epcq_part1"/>
<DTAppend name="label" type="string" parentlabel="epcq_part1" val="EPCQ Flash 1 jffs2 Filesystem"/>
<DTAppend name="reg" parentlabel="epcq_part1">
<val type="hex">0x1000000</val>
<val type="hex">0x1000000</val>
</DTAppend>

デバイスツリーのバイナリファイルを生成するには Embedded_Command_Shell より以下のコマンドを実行します。

$ sopc2dts --input soc_system.sopcinfo   --output soc_system.dtb   --type dtb   --board soc_system_board_info.xml   --board hps_common_board_info.xml   --bridge-removal all   --clocks

Note: Qsys システムを変更した場合、上記コマンドを実行しデバイスツリーバイナリを再生成してください。コンポーネントの名称を変更しないかぎり XML ファイルの変更は不要です。

Linux のビルド

ここでは Linux カーネルに EPCQ デバイス制御のためのデバイスドライバを追加する方法を解説します。

ツールチェインのセットアップ

Linux カーネルのビルドには ARM 向けのクロスコンパイラが必要です。以下の通りセットアップを実施します。

$ cd ~
$ wget http://releases.linaro.org/13.12/components/toolchain/binaries/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-4.8-2013.12_linux.tar.bz2
$ tar xjf gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-4.8-2013.12_linux.tar.bz2
$ export CROSS_COMPILE=~/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-4.8-2013.12_linux/bin/arm-linux-gnueabihf-
$ export ARCH=arm  

　Note: 上記バージョンは既に廃止されているため、代わりに以下の新しいバージョンがダウンロード可能です。ただし、このバージョンでのテストは実施しておりませんのでご了承ください:

$ wget https://releases.linaro.org/14.04/components/toolchain/binaries/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-4.8-2014.04_linux.tar.bz2

Linux カーネルソースツリーの取得

ここでは Linux カーネルのソースツリーの取得方法に関して解説します。上記、ダウンロードコンテンツより EPCQ コントローラ向けドライバ追加済みソースツリーを使用する場合には読み飛ばしてください。

Linux カーネルのソースツリーの取得には Git リポジトリをクローンして取得可能です。

$ git clone https://github.com/altera-opensource/linux-socfpga
$ cd linux-socfpga
$ git checkout -b test_branch ACDS15.1_REL_GSRD_PR

もしくは、GitHUB のスナップショット機能を使用して該当バージョンのソースツリーのみを取得することも可能です。この例では 3.10-ltsi を使用しています。
https://github.com/altera-opensource/linux-socfpga/archive/socfpga-3.10-ltsi.zip

EPCQ コントローラ向けドライバの追加

EPCQ ドライバには問題があるためソースを修正します。対象のソースファイルは以下に格納されます。

/drivers/mtd/devices/altera_quadspi.c : 216行目
編集前： ret = altera_quadspi_read_reg(q, NOR_OP_RDID, &status, 1);
編集後： ret = altera_quadspi_read_reg(q, NOR_OP_RDSR, &status, 1);  

EPCQ コントローラ向けのドライバを追加します:

$ make menuconfig

以下、Altera Quad SPI Flash Driver の項目にチェックを入れて有効化します。
Device Drivers → Memory Technology Device (MTD) support → Self-containd MTD device drivers

Seve して menuconfig 画面をクローズします。

Linux カーネルのビルド

以下のコマンドを使用して Linux カーネルをビルドします。 この時、上記ツールチェインのセットアップで実施している環境変数(CROSS_COMPILE/ARCH)の設定を忘れずに実施してください。

$ make zImage 

ビルドが完了すると以下のディレクトリにファイルが生成されます。

File	Description
arch/arm/boot/zImage	Linux Kernel image

SD カードのセットアップと EPCQ デバイスへのアクセス

SD カードのセットアップ

ここでは SD カードのセットアップ方法について解説します。

EPCQ ドライバ追加版プレビルド SD カードイメージを使用する場合

EPCQ ドライバ未対応プレビルド SD カードイメージを使用して必要なファイルのみをアップデートする場合

EPCQ デバイスへのアクセス

Linux から EPCQ デバイスにアクセスするには以下のコマンドが使用可能です。下記のコマンドは mtd-utils に含まれるためこのライブラリが実装されている必要があります。

root@cyclone5:~# mtd_debug --help
usage: mtd_debug info <device>
    mtd_debug read <device> <offset> <len> <dest-filename>
    mtd_debug write <device> <offset> <len> <source-filename> 
    mtd_debug erase <device> <offset> <len> 

参考リンク

• SoC 日本語ポータル