8月 272014
 

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。

  • scateu

    赞~ 刚刚照着这个重新跑了起来:D