bladeRF 固件与 FPGA 注记

使用 bladeRF 板卡时我们会遇到两个“镜像”:固件 (firmware) 镜像与 FPGA 镜像。二者是两个不同的概念。但是业界叫法不一,有时候会把二者混为一谈。一般而言,固件指的是嵌入到硬件设备中的软件,存放在只读存储器 (ROM) 或者闪存 (flash) 中,一般不易修改,修改的操作称为“刷新”(flashing)。固件这个名词最初和微代码相关,不过 bladeRF 里源代码是嵌入式 C 程序。FPGA 全名为可编程门阵列,其门电路、寄存器连接可以编程重构,其源程序一般是硬件描述语言 (HDL),通过综合 (synthesis) 等步骤得到二进制文件。在 bladeRF 板卡上,FPGA 只是一块 Altera 芯片。在没有内置非挥发存储时,FPGA 镜像需要每次上电时重新加载,bladeRF 就是这种情况。所以在拿到板卡时,上面已有固件,但还没有 FPGA 镜像。下面本文会具体说明在使用 bladeRF 时如何刷新固件、加载/更新 FPGA 镜像、以及如何自动加载 FPGA 镜像。注意,有时为了避免混淆,会称 FPGA 镜像为 FPGA 比特流 (bitstream),或者 FPGA 配置(因为它就是配置了门电路等组件的连接)。

刷新固件

注意:刷新固件前请先取消 FPGA 自动加载,以避免可能的冲突。FPGA 自动加载的细节参见下文。

Nuand 官方提供固件的源码,我们可以自行编译,不过这需要一套嵌入式开发工具链。Nuand 也提供构建好的 固件镜像 ,可以直接下载使用。要刷新固件,只需在命令行执行:

bladeRF-cli -f bladeRF_fw_vX.Y.Z.img -v verbose

其中 X.Y.Z 为具体的版本号。命令完成后,需要断电重启了 bladeRF。然后可以用 bladeRF-cli 工具检查:

$ bladeRF-cli -e version

  bladeRF-cli version:        0.11.1-git-c631100
  libbladeRF version:         0.16.2-git-c631100

  Firmware version:           1.7.1-git-ca697ee
  FPGA version:               Unknown (FPGA not loaded)

看下其中 Firmware version(固件版本)是否更新。

事实上,还有另外一种刷新固件的方法,是通过进入设备的启动加载 (Bootloader) 模式(类似 Android 的 Recovery),输入一些命令完成的。不过这种方式步骤繁琐,一般不推荐使用,建议在上述简单方法遇到错误时考虑采用。具体步骤参加 维基

加载 FPGA 镜像

注意到上面的示例中,FPGA version(FPGA 版本)显示为 Unknown(未知),FPGA 未加载。目前 bladeRF 使用两种 FPGA。要加载正确的 FPGA 镜像,首先需要确定手头 bladeRF 板卡的 FPGA 尺寸。它可以根据当初购买的价格判断,但更靠谱的方法是使用命令行查看:

$ bladeRF-cli -i
bladeRF> info

  Serial #:                 4f977f01eec48f5068c2ee3aeba41ba9
  VCTCXO DAC calibration:   0x8b63
  FPGA size:                40 KLE
  FPGA loaded:              yes
  USB bus:                  4
  USB address:              5
  USB speed:                SuperSpeed
  Backend:                  libusb
  Instance:                 0

交互模式下用 info 命令,或者直接在命令行下 bladeRF-cli -e info ,在输出中寻找 FPGA size,就可以看到 FPGA 尺寸信息。这里示例显示板卡使用 40 KLE FPGA。 事实上 ,FPGA 尺寸还可以通过查看 FPGA 芯片上的 EP4CExxxF23C8N 字样中 xxx 的部分来获得。

Nuand 官方提供了预先构建的 FPGA 镜像 ,免除用户手工编译之苦。40 KLE FPGA 对应 hostedx40.rbf 文件,以此类推。要加载 FPGA 镜像,只需使用命令 bladeRF-cli -l /path/to/fpga/file ,或者交互模式下 load fpga /path/to/fpga/file ,其中 /path/to/fpga/file 为 FPGA 镜像所在路径。FPGA 镜像成功加载后,板卡上的三个 LED 灯会亮起,交互模式下 version 命令可以看到 FPGA 版本不再是未知。

不过,正如前文所说,每次重新加电后,FPGA 镜像都需要重新加载。下面说下如何自动加载 FPGA 镜像。

自动加载 FPGA 镜像

bladeRF 维基 上提供了两种自动加载 FPGA 镜像的方法。第一种方法基于主机软件,libbladeRF 在打开设备时,会在如下目录自动搜索合适的 FPGA 镜像:

  • $HOME/.config/Nuand/bladeRF/
  • $HOME/.Nuand/bladeRF/
  • /etc/Nuand/bladeRF/
  • /usr/share/Nuand/bladeRF/

只需将下载的 FPGA 镜像文件放在上述目录之一(没有可以新建之),即可实现 FPGA 镜像的自动加载。

另一种方式是将 FPGA 镜像写入设备的 SPI 闪存。这种方式的好处是写入后就不再依赖主机,从而可以实现 脱机运行 。不过这种方式比较慢,加载 x40 镜像需要大约 4 秒钟。注意绝对不要在加载完成,三个 LED 灯亮起前试图使用设备。要使用这种方式,需要执行下面命令:

bladeRF-cli -L /path/to/fpga/file

一般说来,如果没有脱机工作的需求,还是推荐第一种自动加载方法。

前面提到,刷新固件时最好取消自动加载。对于第一种方法,只需把 FPGA 镜像文件临时移走。第二种方法,则需要执行命令 bladeRF-cli -L X ,以擦除写入的 FPGA 镜像。

致谢

本工作由 星天科技 赞助。

我来评几句
登录后评论

已发表评论数()