普通的 FPGA 一般是可以从 Flash 启动,或者被动加载,ZYNQ 的启动是由 ARM 主导的,包括 FPGA 程序的加载,ZYNQ 启动一般为最少两个步骤,在 UG585 中也有介绍。

  • Stage 0:BootROM 阶段 在 ZYNQ 上电复位或者热复位之后,处理器首先执行 BootRom 代码,这一步是最初始启动设置。BootRom 存放了一段用户不可更改的代码,代码里包含了最基本的 NAND,NOR,Quad-SPI,SD 和 PCAP 的驱动,在非 JTAG 模式下才执行。另外一个作用是把 stage 1 的代码搬运到 OCM 中,就是 FSBL(First Stage Boot Loader)代码。

  • Stage 1:FSBL 阶段 当 BootRom 搬运 FSBL 到 OCM 后,开始执行 FSBL 代码,FSBL 主要有以下几个作用:

    • 初始化 PS 端配置,这些配置也就是在 Vivado 工程中对 ZYNQ 核的配置。包括初始化 DDR,MIO,SLCR 寄存器。主要是执行 ps7_init.c 和 ps7_init.h,ps7_init.tcl 的执行效果跟 ps7_init.c 是一样的。
    • 如果有 PL 端程序,加载 PL 端 bitstream
    • 加载 SSBL(Second Stage Boot Loader)或者 bare-metal 应用程序到 DDR 存储器
    • 交接给 SSBL 或 bare-metal 应用程序
  • Stage 2:SSBL 阶段 SSBL 是可选项,一般是在跑系统的情况下使用,比如 Linux 系统的 u-boot。

创建 FSBL

FSBL 是一个二级引导程序,完成 MIO 的分配、时钟、PLL、DDR 控制器初始化、SD、QSPI
控制器初始化,通过启动模式查找 bitstream 配置 FPGA,然后搜索用户程序加载到 DDR,最后
交接给应用程序执行。详情请参考 UG821 文档。

  • 新建一个 APP

  • 命名为 fsbl,特别注意选择最新的那个硬件平台,点击 Next

  • 模板选择 Zynq FSBL,点击 Finsh

  • fsbl_debug.h 添加调试宏定义 FSBL_DEBUG_INFO,可以在启动时输出 FSBL 的一些状态信息,有利于调试,但是会导致启动时间变长。

  • 修改后保存,SDK 默认会自动编译,生成 fsbl.elf 文件。

创建 BOOT 文件

  • 选择 APP 工程,右键选择 Create Boot Image

  • 弹出的窗口中可以看到生成的 BIF 文件路径,BIF 文件是生成 BOOT 文件的配置文件,还有生成的 BOOT.bin 文件路径,BOOT.bin 文件是我们需要的启动文件,可以放到 SD 卡启动,也可以烧写到 QSPI Flash。

  • Boot image partitions 列表中是要合成的文件,第一个文件一定是 bootloader 文件,即上面生成的 fsbl.elf 文件,第二个文件是 FPGA 配置文件 bitstream,在本实验中为 check.bit,第三个是应用程序,在本实验中为 check.elf,点击 Create Image 生成。

  • 在生成的目录下可以找到 BOOT.bin 文件。

QSPI 烧写启动测试

  • 在 SDK 菜单 Xilinx -> Program Flash

  • Hardware Platform 选择最新的,Image FIle 文件选择要烧写的 BOOT.binFSBL file 选择生成的 fsbl.elfFlash Type 选择 qspi_dual_parallel,点击 Program 等待烧写完成。

注:如果烧写时不是 JTAG 启动模式,软件会给出一个警告,所以建议烧写 QSPI 的时候设置到 JTAG 启动模式

  • 断电,设置启动模式为 QSPI,上电重启,可以看到 ZYNQ 已在运行。

使用批处理文件快速烧写 QSPI

  • 新建一个 program_qspi.txt 文本文件,扩展名改为 bat,内容填写如下:
set XIL_CSE_ZYNQ_DISPLAY_UBOOT_MESSAGES=1call D:\Software\Xilinx17\SDK\2017.4\bin\program_flash -f BOOT.bin -offset 0 -flash_type qspi_dual_parallel -fsbl fsbl.elf -verifypause
  • 其中 set XIL_CSE_ZYNQ_DISPLAY_UBOOT_MESSAGES=1 设置显示烧写过程中的 uboot 打印信息,
    D:\Software\Xilinx17\SDK\2017.4\bin\program_flash 为我们工具路径,按照安装路径适当修改,-f 为要烧写的文件,-fsbl 为要烧写使用的 fsbl 文件,-verify 为校验选项

  • 把要烧录的 BOOT.binfsblbat 文件放在一起

  • 插上 JTAG 线后上电,双击 bat 文件即可烧写 flash