OpenRisc-63-OpenRISC开发板O_board的设计，实现，调试与验证

引言

“书上学来终觉浅，绝知此事要躬行”，“百闻不如一练”。
无论是研究什么东西，学习和观摩是一回事，动手操作又是另外一回事。玩OpenRISC也是这样，只分析RTL，做一下仿真，对其感觉只能停留在‘纸上’，要想进一步加深对OpenRISC的理解，加深对CPU设计技术的掌握。除了分析RTL和仿真之外，还需要做很多基于OpenRISC的实验或者实际的项目才行。
要做实验就需要对应的开发板，目前国内的FPGA开发板种类很多，但没有一款是专门针对OpenRISC的，要想用目前市场上的开发板，主要面临两个问题，首先，大多数普通大众的开发板大多逻辑资源不足，无法运行ORPSoC；另外一个问题是，即使有高端的FPGA开发板，资源也够用，一般价格昂贵，此外还需要大量的RTL移植工作，bootloader移植工作和linux移植工作。这些移植工作需要的知识面很广，并且非常耗时。
我从2012年下半年开始接触OpenRISC，并购买了官方的ORDB2A开发板，价格适中，资源丰富，而且免去了大量的移植工作。
后来，随着研究的深入，我在CSDN建立的openrisc专栏（http://blog.csdn.net/column/details/openrisc.html），从那以后，越来越多的人参与进来，大家一起讨论问题，解决bug。其中深深体会到，很多问题重复的问题出现，此外还有很多问题根本不知道怎么描述，其中一个很重要的原因是大家没有一致的开发板，于是我建议大家购买官方的开发板，但是很快发现，官方的板子“Out-Of-Stock”了，没货了！
怎么办？当时有很多人“怂恿”我，让我仿照官方的板子，做一块一模一样的！！！
我当时考虑到这个板子既能用来学习嵌入式，又能学习FPGA和RTL，还能了解CPU设计技术，一举三得，所以就毫不犹豫就答应了，于是，从那时起，我就陷入了“苦海”。
从2013年9月初，开始画原理图，到现在（2014年1月5日）可以在板子上跑linux。前后四个多月的时间里，一波三折，五味杂陈。
本小节就回顾一下这四个月里做OpenRISC开发板--O_board 的酸甜苦辣。

1，O_board的logo

下面就是我用5分钟设计的logo。

2，原理图

O_board原理图，以opencores的ORDB2A的原理图为参考，重新用altium designer修正原图中的几个错误，并重画了一遍。
原理图，我已传到了QQ群的共享文件里(群号：277505520)，有需要可加入此群之后下载。

3，布局布线

如果说原理图是参考ORDB2A的话，那PCB的布局和布线就完全是原创了。O_board为了降低制版费用，决定采用4层板布线，要知道FBGA封装的FPGA芯片的256个引脚通过4层板全部扇出，对我这种菜鸟来说，确实有很大挑战。
下面是用altium designer完成P&R之后的样子。

4，制版

在布完线之后，检查一遍又一遍。然后就是找制版厂拿去制版了，由于比较关心制版质量，再加上制版工艺要求较高，所以我并没有找深圳那边的厂子，而是找了长沙的一个制版厂，并且采用沉金工艺。
把PCB文件扔出去之后，经过一周的等待，2013年12月10日，终于制版回来了。

5，采购物料

板子回来之后，下一步就是根据BOM，采购物料了。麻雀虽小五脏俱全。板子不大，但是芯片，电容，电阻，晶振，各种接插件，一样也不少。
由于官网的板子是欧洲生产的，所以O_board的很多物料，在国内都很难买到。
在我跑过无数次中发，搜遍淘宝之后，总算把所有的物料的买全了。由于买的量太少，我本人之前也从来没干过采购的活儿，为了买到原装正品的芯片和接插件，买了退，退了买，折腾了近半个月之后，总算搞定了。

6，焊接

制版也好了，物料也全了。下一步就是焊接了。
我是做软件出道的，半路转的硬件。虽说是硬件，但主要还是RTL，真正和PCB级别的打交道还是很少的。焊工就不用提了，那叫一个差啊。
于是我整理好物料，光板，焊接说明书之后，交给了北京的一家专业焊接厂。
三天之后，板子焊完回来了。

7，硬件调试

焊接完之后，我刚拿到板子，就发现有好几个地方焊的都不对，有的电阻不让焊，结果给焊上了；有的电阻漏焊了；有的芯片引脚焊错了；有的芯片引脚焊锡太多造成短路了。
总之，上电之后，电源灯根本不亮。
后来检查发现是电源芯片的几个引脚给焊短路了，有另外一个电源芯片的引脚虚焊了。
修改之后，发现板子发热很厉害，不到一分钟时间，板子就特别烫手，5V输入也被拉低到了4.6V。
gdb可以下载程序，但不能读写SDRAM。。。。。。。。
调试or_debug_proxy。。。。。。
调试adv_jtag_bridge。。。。。。
后来检查发现是晶振的引脚给焊错了。
。。。。。。
经过四五次修改，供电部分和晶振总算正常了。
下面是我晚上熬夜调试的情景。
需要说明的是，白天还要正常工作哦，毕竟公司给安排的工作是第一位的。

8，RTL的调试

由于主芯片EP4CE22F17C6N，在国内一直买不到原装正品，所以就采用了功能，逻辑资源，封装完全一致，但速度略低的EP4CE22F17C8N。
将ORPSoC中的PLL的频率降低之后（从50M降到20M），发现时序分析时出现错误，修改SDC文件，OK。

9，软件的调试

这里主要包括orpmon和linux。
同样是修改频率，之前移植到ML501时有过介绍，这里不再赘述。

10，验证

经过千难万险，总算可以跑软件了。
具体的操作步骤，之前已经介绍过了，如有疑问，请参考。

O_board 跑orpmon：

O_board跑linux：

O_board起来linux之后，挂在PC机上的NFS，并运行“hello O_board”程序：

注意：出现Segmentation fault是因为我用or32-elf-gcc编译的，改用or32-linux-gcc之后，OK。

通过上面的测试，说明O_board的JTAG，串口，ORPSoC，SDRAM，ETH等模块完全工作正常！

11，上市

原理图经过6次改版，PCB经过3次改版，制版厂经过两次改版，现在板子的所有功能都没有问题了。
板子调试成功之后，就有好多人跟我说想要，在我免费送出去两块光板之后，发现这样下去不行，光快递费我都付不起。于是就有人建议我弄个网店什么的。于是就弄了一个淘宝小店，感兴趣的兄弟可以参考：
http://shop108365914.taobao.com/

需要注意的是，除了板子之外，还会提供全套的学习资料，包括已经搭建好的开发环境，还有很多实验例子。

附录：O_board feather

适用对象：1，嵌入式爱好者用处：学习U-boot，linux开发，驱动开发。2，FPGA爱好者用处：可以熟悉quartusII软件操作，SoC设计，verilog HDL练习。3，开源CPU爱好者用处：修改CPU内部模块，如流水线，cache，MMU等。
如果是学生，可以用来做毕业设计。如果是工程师，可以锻炼技术能力。
板子参数：-ALTERA Cyclone IV E, 22K LUT （EP4CE22F17）
-SDRAM 32 Mbyte
-SPI FLASH, 1 Mbyte
-SDIO micro connector
-Fast Ethernet
-USB "on-the-go" HOST/SL***E
-USB power, configuration, UARTs
-Expansion connectors
-Supply via USB

此外还会提供全套的学习资料，包括已经搭建好的开发环境，还有很多实验例子。
E-mail: rill_zhen@126.com

小结

这次可真是体验了一下从画原理图，PCB的布局布线，再到制版，采购元器件，焊接，调试，FPGA开发，CPU设计，SoC开发，linux开发的全套流程啊，最后甚至还体会了一下销售+客服，感慨万千，收获颇多啊。