iCE40 UltraPlusのコンフィグROMにRaspberryPiから書き込んでみた

超低消費電力が売りのiCE40 UltraPlusですが，ちょっと遊べる(?)ボード exLeaf-i を社長が作ったので使ってみることに．ボードはこんな感じ．iCE40 UltraPlus 5K，コンフィグROM(M25P80互換)，と，オシレータがのっているだけのシンプルな構成．

普段大きめのFPGAを使っていると，合成・配置配線にかかる時間の短さに驚かされます．ちょっとした回路で用途に応じたI/O操作をするのに便利そう．…と思うと，残念に感じられるのがLatticeのダウンロードケーブルを使ったコンフィギュレーションが面倒なこと．

XilinxやIntelのFPGAで一般的に使っているJTAG経由のコンフィギュレーションに比べると，いちいちROMにデータを書き込んで起動しなおすというのは手間に感じます．また，LatticeのProgrammerだと，デバッグ中にチップ内のワンタイムROMにうっかり書き込んでしまうという事故も発生しそうです．

というわけで，https://www.olimex.com/wiki/ICE40HX1K-EVB#Iceprog_with_Raspberry_PI を参考に普段使いのRaspbrryPiを使ってROMにデータを書き込んでみました．

前準備

あらかじめRaspberryPiでSPIを使えるようにしておく必要があります．

raspi-config

を使って，設定しておきます．/dev/spidev0.0がみえていればオーケーです．

ツールのビルドとインストール

SPI経由でデータを書き込むためにはSPI上でROMの消去や書き込みコマンドを発行するプログラムが必要です．冒頭に掲載したリンク先では，flashromが使用されています．

gitでcloneしてmakeすれば使えます．

git clone https://www.flashrom.org/git/flashrom.git
cd flashrom
make CONFIG_ENABLE_LIBPCI_PROGRAMMERS=no \
     CONFIG_ENABLE_LIBUSB0_PROGRAMMERS=no \
     CONFIG_ENABLE_LIBUSB1_PROGRAMMERS=no all install

接続

RaspberryPiとexleaf-iの接続は次の通り．

RaspberryPi	M25P80	ボード上のピン
19 MOSI	SDO	2
21 MISO	SDI	3
23 CLK	SCK	4
24 CE0	#SS	1
1   3.3V		6
9   GND		5

ジャンプワイヤーなどで簡単につなくだけで大丈夫でした．

使ってみる

iCEcube2を使って生成したbinファイルを，ボードとSPI接続したラズベリーパイに転送，flashromを使ってROMにデータを書き込めばいい，のですが，搭載しているROMとサイズが違うといってうまく書き込みができませんでした．

生成したbitファイルのサイズが104157Bであるのに対し，搭載しているROM M25P80は，1048576B．たしかにbinファイルとROMのサイズが違う．

そこで，

dd': tr '\0' '\377' < /dev/zero | ^C bs=1 count=944419 of=image
cat top_bitmpa.bin image > image.bit

として差分の944419Bを埋めたファイルを作成し，flashromで書き込むと，無事に書き込めました．

root@raspberrypi:/home/pi# flashrom -p linux_spi:dev=/dev/spidev0.0,spispeed=20000 -w image.bit
flashrom p1.0-131-g3a41e2a on Linux 4.9.41-v7+ (armv7l)
flashrom is free software, get the source code at https://flashrom.org

Using clock_gettime for delay loops (clk_id: 1, resolution: 1ns).
Found Winbond flash chip "W25Q80.V" (1024 kB, SPI) on linux_spi.
Reading old flash chip contents... done.
Erasing and writing flash chip... Erase/write done.
Verifying flash... VERIFIED.

次は

RISC-Vでも実装してみるかなあ．