ZYNQ 的啟動(dòng)流程介紹

一、啟動(dòng)流程介紹

普通的 FPGA 一般是可以從 flash 啟動(dòng)，或者被動(dòng)加載，但是ZYNQ不行，ZYNQ必須PS端參與

ZYNQ 的啟動(dòng)是由 ARM 主導(dǎo)的，包括 FPGA 程序的加載， ZYNQ 啟動(dòng)一般為3個(gè)階段，最少2個(gè)階段：

1、階段0：Stage-0 Boot （BootROM）

階段0，主要是運(yùn)行芯片內(nèi)部固化的BootROM程序，這個(gè)BootROM主要是識(shí)別啟動(dòng)模式（spi/sd/nand/nor/）是哪一種？

1）、根據(jù)啟動(dòng)模式，設(shè)置相應(yīng)的外設(shè)，當(dāng)然有引腳復(fù)用了，還有時(shí)鐘；

2）、將FSBL從啟動(dòng)介質(zhì)中搬移到OCM（On-Chip Memory）中

3）、跳轉(zhuǎn)到FSBL處執(zhí)行，將控制權(quán)交給FSBL程序

2、階段1：FSBL（First Stage Bootloader ）

FSBL（第一階段引導(dǎo)加載程序）在BootROM之后啟動(dòng)，這個(gè)BootROM將FSBL加載到OCM（On-Chip Memory ）

FSBL負(fù)責(zé)下面的幾項(xiàng)工作：

1）、初始化PS端的配置數(shù)據(jù)（使用Xilinx硬件配置工具提供的）；

完成MIO分配、時(shí)鐘PLL、DDR控制器初始化，SD、QSPI控制器初始化

2）、通過啟動(dòng)模式從啟動(dòng)介質(zhì)讀取bitsttream文件，并用它燒寫PL端程序

3）、加載第二階段BootLoader或者邏輯代碼到DDR內(nèi)存

4）、切換到第二階段BootLoader或者邏輯代碼運(yùn)行

下圖是一個(gè)簡(jiǎn)單的FSBL流程圖：

3、第二階段啟動(dòng)流程：Second Stage Bootloader

第二階段引導(dǎo)加載程序是可選的，并由用戶設(shè)計(jì)，一般是在跑系統(tǒng)的情況下使用，比如 linux 系統(tǒng)的u-boot（用petalinux 工具制作 linux 系統(tǒng) ）

二、制作FSBL第一階段的啟動(dòng)代碼

1、新建一個(gè)名為 fsbl 的 APP，特別注意硬件平臺(tái)選擇我們自己配置的ps_uart_warpper_hw_platform_0 ，點(diǎn)擊next

2、在彈出的對(duì)話框選擇Zynq FSBL，點(diǎn)擊Finish

3、然后軟件會(huì)自動(dòng)的進(jìn)行編譯FSBL，時(shí)間看電腦的性能

4、等編譯完成，修改代碼，添加調(diào)試宏定義 FSBL_DEBUG_INFO

這個(gè)宏可以在啟動(dòng)輸出 FSBL 的一些狀態(tài)信息，有利于調(diào)試，但是會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)。

5、修改后保存， SDK 默認(rèn)會(huì)自動(dòng)編譯，生成 fsbl.elf 文件。也可以右鍵點(diǎn)擊build project手動(dòng)編譯

6、我們的工程文件夾包含很多外設(shè)文件ps7_init.c， nand， nor， qspi， sd 等

7、fsbl的 main.c 中，第一個(gè)運(yùn)行的函數(shù)就是 ps7_init ，這個(gè)fsbl內(nèi)容也可以根據(jù)自己需要進(jìn)行更改，例如加點(diǎn)自己的打印信息

8、創(chuàng)建 BOOT 文件

8.1、選擇 APP （就是我們的應(yīng)用：ps_uart_hello）工程，右鍵選擇 Create Boot Image

8.2、在彈出的對(duì)話框中可以看到BIF文件和BOOT.bin的生成路徑

BIF文件是生成BOOT.bin文件的配置文件；

BOOT.bin是我們需要的啟動(dòng)文件，可以燒寫到SD卡、QSPI里

8.3、在彈出的對(duì)話框，Boot image partitions 列表中有要合成的文件

第一個(gè)文件一定是 bootloader 文件，就是上面生成的 fsbl.elf 文件；

第二個(gè)文件是 FPGA 配置文件 bitstream，本實(shí)驗(yàn)沒有PL端程序，所以bitstream，不需要添加；

第三個(gè)是應(yīng)用程序，在本實(shí)驗(yàn)中為 ps_uart_hello.elf

8.4、由于沒有 bitstream，在本實(shí)驗(yàn)中只添加 bootloader 和應(yīng)用程序。點(diǎn)擊 Create Imag

8.5、在生成的目錄下可以找到BOOT.bin文件

三、SD卡燒寫及測(cè)試

1、格式化 SD 卡，只能格式化為 FAT32 格式，其他格式無法啟動(dòng)

2、放入 BOOT.bin 文件，放在根目錄

3、D 卡插入開發(fā)板的 SD 卡插槽

4、啟動(dòng)模式調(diào)整為 SD 卡啟動(dòng)

開發(fā)板設(shè)置撥碼為【 101001（1~6 SD卡 模式）】

5、打開串口，開發(fā)板上電

6、可以看到SD卡啟動(dòng)成功，紅色部分為FSBL打印信息，綠色為我們的APP打印信息

7、SD卡固化成功

四、QSPI程序固化

QSPI 燒寫有2種方式：xSDK軟件燒寫、或者Vivado軟件燒寫

五、QSPI燒寫及測(cè)試（xSDK軟件燒寫）

首先將開發(fā)板設(shè)置為JTAG模式【 010101（1~6 JTAG 模式）】

1、在 SDK 菜單 Xilinx -》 Program Flash

2、參數(shù)配置

《1》、Hardware Platform 選擇我們自己定制的平臺(tái)；

《2》、Image FIle 文件選擇要燒寫的 BOOT.bin；

《3》、FSBL file 選擇創(chuàng)龍定制的 fsbl.elf，只有用這個(gè) fsbl 才能燒寫（我會(huì)另寫一篇博客單獨(dú)寫怎么定制fsbl.elf文件）；

《4》、選擇 Verify after flash，在燒寫完成后校驗(yàn) flash

3、注意：第一次固化的時(shí)候，里面有uboot在執(zhí)行，燒寫不成功，所以要先在軟件點(diǎn)固化，然后快速給開發(fā)板上電

4、將啟動(dòng)設(shè)置為QSPI【 100101（1~6 QSPI 模式）】，驗(yàn)證固化有沒有成功

5、打印的信息和我們?cè)贒UBUG的時(shí)候一致，代表我們固化成功

五、QSPI燒寫及測(cè)試（vivado軟件燒寫）

1、在 HARDWARE MANGER 下選擇器件，右鍵 Add Configuration Memory Device

2、選擇嘗試 Winbond，類型選擇 qspi，寬度選擇 x4-single，這時(shí)候出現(xiàn) w25q128

選擇紅框型號(hào)，開發(fā)板使用 MT25QL256ABA1EW9-0SIT，但是不影響燒錄

3、在彈出的對(duì)話框，提示我們是否立即燒寫，點(diǎn)擊OK

選擇ps_uart_hello/bootimage/目錄的BOOT.bin，選擇fsbl/debug/目錄下的fsbl.elf文件

4、提示我們當(dāng)前是處于QSPI模式的，如果編程失敗，請(qǐng)更改模式，再次重試

5、我們將啟動(dòng)模式改為JTAG模式【 010101（1~6 JTAG 模式）】

6、斷電上電，再次嘗試燒寫，沒有剛才的警告信息了

7、再將啟動(dòng)模式切換為QSPI模式，QSPI【 100101（1~6 QSPI 模式）】，驗(yàn)證固化有沒有成功

六、到此PS端的程序固化成功