ZYNQ 7系列FSBL的啟動(dòng)過程與配置方法

ZYNQ 7系列所有可編程器件均可以在安全模式下通過靜態(tài)存儲(chǔ)器配置或者在非安全模式下通過JTAG或者靜態(tài)存儲(chǔ)器配置。

（1）JTAG模式主要用于開發(fā)和調(diào)試

（2）NAND、并行NOR、串行NOR、SD卡閃存均可以用作器件的啟動(dòng)

處理器系統(tǒng)啟動(dòng)主要包括兩個(gè)階段：

（1） Stage-0的啟動(dòng)代碼存儲(chǔ)在內(nèi)部的BOOTROM,這部分啟動(dòng)代碼用于ARM處理器和必 要的外設(shè)的配置以便可以開始從啟動(dòng)器件中取出第一階段引導(dǎo)加載程序的啟動(dòng)代碼?？删幊踢壿嫴糠植荒鼙籅ootROM配置.BootROM是不可寫的

（2）第一階段引導(dǎo)加載程序的啟動(dòng)代碼通常被存儲(chǔ)在一個(gè)flash存儲(chǔ)器中，或者可以通過JTAG下載。BootROM代碼將FSBL的啟動(dòng)代碼從選定的flash存儲(chǔ)器中拷貝到片上存儲(chǔ)器中?？截惖絆CM（片上存儲(chǔ)器）中的FSBL的代碼的大小被限制在192kb。FSBL開始執(zhí)行的時(shí)候，OCM的全部256kb的空間全部可以使用，剩余的64kb的存儲(chǔ)空間也不再被保留。

FSBL的啟動(dòng)代碼是受完全使用者控制的，通常被稱作用戶啟動(dòng)代碼。這提供給使用者足夠的靈活性以實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)所需的任何的啟動(dòng)代碼。

XILINX提供一個(gè)參考的FSBL的啟動(dòng)代碼幫助使用者實(shí)現(xiàn)自己的需求。這部分啟動(dòng)代碼包括PS部分外設(shè)的初始化代碼，F(xiàn)SBL詳細(xì)的初始化時(shí)序請(qǐng)參閱SDK提供的FSBL代碼。FSBL的啟動(dòng)鏡像可以包括一個(gè)用于初始化PL部分的比特流。

PL并沒有要求必須在這一階段進(jìn)行配置，因?yàn)樵赑L沒有配置的時(shí)候，PS是完全可操作的。我們可以自定義FSBL的啟動(dòng)代碼，從而使用其他的PS外設(shè)，例如以太網(wǎng)、USB、或者標(biāo)準(zhǔn)輸入和輸出IO口對(duì)PL進(jìn)行配置。

存在以下幾種可能的啟動(dòng)模式：
(1)PS作為主機(jī)的非安全模式
(2)PS作為主機(jī)的安全模式
(3)通過JTAG/PJTAG啟動(dòng)

ZYNQ 7系列所有可編程器件均支持安全模式和非安全模式兩種啟動(dòng)流程，如下：
(1)Stage-0啟動(dòng)（BOOTROM）
(2)第一階段引導(dǎo)加載程序
(3)可選擇階段

Stage-0啟動(dòng)的流程圖如下：

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第一階段引導(dǎo)加載程序（FSBL）開始于boot之后。啟動(dòng)代碼被BOOTROM拷貝到片上存儲(chǔ)器中，F(xiàn)SBL的主要任務(wù)：
（1）使用XPS提供的PS的配置數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的初始化
（2）使用比特流文件進(jìn)行PL的配置
（3）向DDR存儲(chǔ)器中加載第二階段引導(dǎo)加載程序或bare-metal引用代碼
（4）執(zhí)行第二階段引導(dǎo)加載程序或者bare-metal應(yīng)用

FSBL的大致流程如下

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FSBL的特性

（1）FSBL Fallback
為了從error中恢復(fù)，F(xiàn)SBL會(huì)進(jìn)行一次fallback，并加載另一個(gè)存儲(chǔ)在flash存儲(chǔ)器中可啟動(dòng)的鏡像文件。FSBL更新multiboot寄存器，并產(chǎn)生一個(gè)軟件復(fù)位，以便bootrom執(zhí)行并加載一個(gè)可執(zhí)行的現(xiàn)存的鏡像文件。

（2）FSBL Multiboot
FSBL存在一種機(jī)制：提供一個(gè)可以multiboot的寄存器，寄存器中列出了flash中多個(gè)可以啟動(dòng)的鏡像文件，并且可以更新multiboot的地址以指向boot的鏡像文件，從而可以保證bootrom可以從flash存儲(chǔ)器中加載所需的鏡像文件。

（3）FSBL Hooks
FSBL的hooks提供了一個(gè)插入曾經(jīng)使用過的函數(shù)的簡(jiǎn)單的方法。FSBL的hook函數(shù)存在于fsbl_hook.c文件中。

fsbl_hook.c文件中主要包括以下的函數(shù)：
FsblHookBeforeBitstreamDload：該函數(shù)用于在比特流文件被下載之前?？梢栽诒忍亓魑募幌螺d之前向程序中加載定制的代碼。
FsblHookAfterBitstreamDload: 該函數(shù)用于比特流文件被下載之后?？梢栽诒忍亓魑募幌螺d之后向程序中加載定制的代碼。
FsblHookBeforeHandoff: 該函數(shù)用于FSBL轉(zhuǎn)向應(yīng)用之前?？梢栽贔SBL轉(zhuǎn)向應(yīng)用之前向程序中加載定制的代碼。
通過使用這些函數(shù)，用戶可以在FSBL的流程時(shí)序中加載任意的初始化代碼。

(4)DDR 錯(cuò)誤檢查與糾正
可以通過XPS ZYNQ tab使能DDR的錯(cuò)誤檢查與糾正：FSBL負(fù)責(zé)DDR的初始化。
因?yàn)镕SBL并不對(duì)DDR進(jìn)行重新構(gòu)圖，所以DDR從大于1MB的位置啟動(dòng)。應(yīng)用必須從1MB的位置開始使用DDR，如果需要重新構(gòu)圖的話，就初始化小于1MB的存儲(chǔ)器用來進(jìn)行錯(cuò)誤檢查與糾正。

ZYNQ的PS的配置
使用Zynq的配置用戶界面，XPS生成用于初始化MIO和SLCR（系統(tǒng)級(jí)的控制寄存器）寄存器。在XPS的工程目錄下，需要特別關(guān)注的文件有：ps7_init.c和ps7_init.h，這兩個(gè)文件可以用來初始化CLK，DDR和MIO。ps7_init.tcl執(zhí)行的初始化和ps7_init.c一樣。ps7_init.tcl文件，這個(gè)文件可以用來初始化CLK、DDR和MIO。ps7_init.tcl執(zhí)行的初始化和ps7_init.c一樣。

注意：Tcl文件在使用XMD調(diào)試程序的時(shí)候比較有幫助。例如，你可以運(yùn)行ps7_init.tcl文件，之后加載應(yīng)用程序后加載應(yīng)用程序到DDR中，然后進(jìn)行調(diào)試。這種情況下，完全沒到DDR中，然后進(jìn)行調(diào)試。這種情況下，完全沒有必要進(jìn)行FSBL。
ps7_init.html，該文件描述了初始化的數(shù)據(jù)。

鏡像文件的格式主要包括啟動(dòng)鏡像文件的格式和分區(qū)頭表文件格式兩個(gè)方面。

啟動(dòng)鏡像文件格式包含：
(1)BootROM的頭
(2)FSBL的鏡像
(3)一個(gè)或者多個(gè)分區(qū)鏡像
(4)未使用的空間（如果有）

下圖展示了啟動(dòng)鏡像格式的布局

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分區(qū)頭表：

分區(qū)頭表是一個(gè)結(jié)構(gòu)體數(shù)組包含如下表所示的數(shù)據(jù)。對(duì)于每一個(gè)分區(qū)存在一個(gè)結(jié)構(gòu)體，包括FSBL分區(qū)，表中的最后一個(gè)結(jié)構(gòu)體被所有NULL值的標(biāo)記。

偏移量?名稱?描述?
0x00?分區(qū)數(shù)據(jù)大小?分區(qū)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（字長(zhǎng)表示）?
0x04?寫數(shù)據(jù)長(zhǎng)度?解密的分區(qū)中的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（字長(zhǎng)表示），這個(gè)值和未解密的分區(qū)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度一致?
0x08?分區(qū)總大小?對(duì)應(yīng)于這個(gè)分區(qū)頭表的啟動(dòng)鏡像分區(qū)的大小，可能包含一些未使用的留作擴(kuò)展的空間?
0x0c?引導(dǎo)地址?向存儲(chǔ)中引導(dǎo)鏡像的地址，這個(gè)地址就是PS數(shù)據(jù)寫入的地方，這部分對(duì)PL的比特流分區(qū)不適用?
0x10?執(zhí)行地址?可執(zhí)行文件啟動(dòng)的位置，這部分對(duì)PL的比特流分區(qū)不適用?
0x14?分區(qū)偏移量?從分區(qū)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的引導(dǎo)映像的開始到此分區(qū)頭表起始的字節(jié)數(shù)?
0x18?屬性?第5位被設(shè)置為比特流分區(qū)，第4位被設(shè)置為PS分區(qū)，其余保留?
0x1c?分區(qū)數(shù)據(jù)段數(shù)?分區(qū)數(shù)據(jù)中獨(dú)立加載的數(shù)據(jù)段數(shù)目，此分區(qū)只適用于內(nèi)存加載分區(qū)數(shù)據(jù)?
0x20到0x3b?保留?保留?
0x3c?校驗(yàn)?用于第一段啟動(dòng)加載程序檢查頭部的有效性，校驗(yàn)是對(duì)此結(jié)構(gòu)中的所有以前值的和按位非

啟動(dòng)鏡像的產(chǎn)生
Bootgen是一個(gè)為Zynq的配置組織啟動(dòng)鏡像的工具。Bootgen依據(jù)啟動(dòng)鏡像格式文件中定義的格式將一個(gè)bit文件和ELF文件合并成為一個(gè)單獨(dú)的啟動(dòng)鏡像文件，從而完成ZYNQ flash設(shè)備的燒寫。

Bootgen自動(dòng)的將數(shù)據(jù)結(jié)合到啟動(dòng)鏡像中，將啟動(dòng)鏡像下載到flash存儲(chǔ)器中之后，Zynq的BootROM和FSBL使用這個(gè)鏡像，并自動(dòng)地從中提取出燒寫的數(shù)據(jù)鏡像，并對(duì)ZYNQ的設(shè)備進(jìn)行配置。