IPコアで"ラクラク"FPGA設計 ＜Altera編＞ ―― SOPC Builderを活用した基本I/O＆SDRAM制御回路の設計

4．ソフトウェアの開発

　Nios IIはプロセッサであるため，ソフトウェアの開発が必要です．Nios IIの開発キットには「Nios II Software Build Tools for Eclipse」という，Eclipseベースのソフトウェア開発パッケージが用意されています．Nios II Embedded Design Suiteに含まれており，SOPC Builderから使うことができます．

●Nios IIのソフトウェア開発は独特

　Nios IIでもC/C＋＋言語を使ってソフトウェアを開発します．この点は，ほかのマイコン開発と同じです．特徴的な点は，自由に周辺機能を構成できるために，メモリの配置やI/Oアドレスなどが決まっていない点です．

　そのため，Nios IIのソフトウェア開発ツールには，ライブラリ群の生成を自動的に行う機能があります．includeにより，メモリのベース・アドレスやライブラリ関数などを使えるようになります．これを「BSP」といいます．BSPは，Eclipseでソフトウェアの開発を行う際に一緒に作ることができます．

●新規のテンプレートを作成する

　SOPC Builderの「Nios II」→「Nios II Software Build Tools for Eclipse」を実行すると，Eclipse Platformが起動します（図14）．

図14　Eclipse Platform
SOPC Builderの「Nios II」→「Nios II Software Build Tools for Eclipse」で起動する．

　「File」→「New」→「Nios II Application and BSP form Template」を選択して，新しいテンプレートを作成します（図15）．

図15　新規テンプレートの作成
「File」→「New」→「Nios II Application and BSP form Template」で設定画面が開く．

　Target Hardware InformationにはBSPの生成元であるターゲットのハードウェア設定を登録します．SOPC Information File nameとして，「NIOS2core.sopcinfo」を選択します．CPU nameには「cpu_0」が自動的に設定されます．

　Application ProjectにはBSPを使ったソフトウェアのプロジェクトを設定します．Project nameは「HelloWld1」とします．Project templateは「Hello World」を選択します．

　［Finish］ボタンを押すと，BSPとソフトウェア・プロジェクトの生成を行います．

●BSPをカスタマイズする

　SOPC Builderで設定したAGX20_testというプロジェクト情報から，使用されたI/O群，メモリ・マップ，I/Oアクセス・ドライバ類のヘッダ・ファイルやincludeファイル，各種ソース・コードが自動的に作業ディレクトリにコピーされます．その結果，「HelloWld1_bsp」というBSPプロジェクトと，「HelloWld1」というHello Worldサンプル・コードのビルド・プロジェクトがメニュー上に表示されます．

　ところで，ハードウェアの構成によっては，標準で生成されたBSPがすぐに使えるとは限りません．今回の例では，命令メモリはSRAMで32Kバイトを設定していますが，標準のBSP設定コードは約70Kバイト必要なため収まりません．また，Hello Worldを出力するために，mainルーチンの中で使われているprintf関数の出力先（コンソール）をJTAG UARTに設定する必要もあります．

　命令コードの圧縮フラグを設定します．Project Explorerの「HelloWld1_bsp」を右クリックして表示されるメニューから「Nios II」→「BSP Editor...」を選択してBSPの設定メニューを開きます（図16）．enable_reduce_device_driversとenable_small_c_libraryをチェックします．また，stderr，stdin，stdoutをいずれも「jtag_uart_0」に設定します．「File」→「Save」を選んで設定を保存し，［Generate］ボタンを押下してBSPの再生成を行います．

図16　BSPの設定
命令コードを圧縮する設定を示す．

●ビルドする

　BSP設定メニューを閉じて，「Project」→「Build All...」を選択すると，HelloWorld.cのビルドが始まります．設定が正しければ，32Kバイトの命令コード内に格納されるJTAG UARTにprintf関数の内容を表示するだけのプログラムが生成され，ビルドが正常に終了するはずです．

●デバッグする

　「Run」→「Debug Configurations...」を選択して，デバッグの設定メニューを表示させます．

　Project nameのプルダウンで，デバッグを行うプログラムを選択します．ここでは，Hello Worldを表示する「HelloWld1」とします（図17）．この選択により，ビルド後のデバッグ情報を含むコードであるHelloWld1.elfがデバッガに受け渡されます．

図17　デバッグの設定
「Run」→「Debug Configurations...」で表示される画面で設定する．

　［Debug］ボタンを押下すると，Eclipse上でデバッガが起動し，命令コードがFPGAボードに転送され，デバッグ・ウィンドウが開きます．デバッグ・ウィンドウ上に，ソース・コードやログを表示するコンソール画面が現れ，デバッグ開始の準備が整います．

　デバッグ開始ボタンを押し，プログラムを実行します．

　「Hello from Nios II!」というメッセージがコンソール画面に表示されれば，プロセッサはプログラム通りに動作していることが分かります（図18）．

図18　デバックの様子
printif関数により「Hello from Nios II!」と表示されている．

●参考・引用＊文献

（1） 浅井剛；ソフト・マクロのCPUを使おう！――FPGAによるシステムLSI設計の意味，組み込みネット， http://www.kumikomi.net/archives/2003/08/15cpum.php?page=1
（2） 浅井剛；Cyclone IIから組み込みシステム開発評価キットを制御する――ソフトCPUコアNios II搭載システムの実装事例，Interface，2008年4月号．

いくら・まさみ
来栖川電工（有）
東海大学 組込み技術修士（専門職）