ZYNQ 的启动流程介绍

一、启动流程介绍

普通的 FPGA 一般是可以从 flash 启动，或者被动加载，但是ZYNQ不行，ZYNQ必须PS端参与

ZYNQ 的启动是由 ARM 主导的，包括 FPGA 程序的加载， ZYNQ 启动一般为3个阶段，最少2个阶段：

1、阶段0：Stage-0 Boot （BootROM）

阶段0，主要是运行芯片内部固化的BootROM程序，这个BootROM主要是识别启动模式（spi/sd/nand/nor/）是哪一种？

1）、根据启动模式，设置相应的外设，当然有引脚复用了，还有时钟；

2）、将FSBL从启动介质中搬移到OCM（On-Chip Memory）中

3）、跳转到FSBL处执行，将控制权交给FSBL程序

2、阶段1：FSBL（First Stage Bootloader ）

FSBL（第一阶段引导加载程序）在BootROM之后启动，这个BootROM将FSBL加载到OCM（On-Chip Memory ）

FSBL负责下面的几项工作：

1）、初始化PS端的配置数据（使用Xilinx硬件配置工具提供的）；

完成MIO分配、时钟PLL、DDR控制器初始化，SD、QSPI控制器初始化

2）、通过启动模式从启动介质读取bitsttream文件，并用它烧写PL端程序

3）、加载第二阶段BootLoader或者逻辑代码到DDR内存

4）、切换到第二阶段BootLoader或者逻辑代码运行

下图是一个简单的FSBL流程图：

3、第二阶段启动流程：Second Stage Bootloader

第二阶段引导加载程序是可选的，并由用户设计，一般是在跑系统的情况下使用，比如 linux 系统的u-boot（用petalinux 工具制作 linux 系统 ）

 

二、制作FSBL第一阶段的启动代码

1、新建一个名为 fsbl 的 APP，特别注意硬件平台选择我们自己配置的ps_uart_warpper_hw_platform_0 ，点击next

2、在弹出的对话框选择Zynq FSBL，点击Finish

3、然后软件会自动的进行编译FSBL，时间看电脑的性能

4、等编译完成，修改代码，添加调试宏定义 FSBL_DEBUG_INFO

这个宏可以在启动输出 FSBL 的一些状态信息，有利于调试，但是会导致启动时间变长。

5、修改后保存， SDK 默认会自动编译，生成 fsbl.elf 文件。也可以右键点击build project手动编译

6、我们的工程文件夹包含很多外设文件ps7_init.c， nand， nor， qspi， sd 等

7、fsbl的 main.c 中，第一个运行的函数就是 ps7_init ，这个fsbl内容也可以根据自己需要进行更改，例如加点自己的打印信息

8、创建 BOOT 文件

8.1、选择 APP （就是我们的应用：ps_uart_hello）工程，右键选择 Create Boot Image

8.2、在弹出的对话框中可以看到BIF文件和BOOT.bin的生成路径

BIF文件是生成BOOT.bin文件的配置文件；

BOOT.bin是我们需要的启动文件，可以烧写到SD卡、QSPI里

8.3、在弹出的对话框，Boot image partitions 列表中有要合成的文件

第一个文件一定是 bootloader 文件，就是上面生成的 fsbl.elf 文件；

第二个文件是 FPGA 配置文件 bitstream，本实验没有PL端程序，所以bitstream，不需要添加；

第三个是应用程序，在本实验中为 ps_uart_hello.elf

8.4、由于没有 bitstream，在本实验中只添加 bootloader 和应用程序。点击 Create Imag

8.5、在生成的目录下可以找到BOOT.bin文件

 

三、SD卡烧写及测试

1、格式化 SD 卡，只能格式化为 FAT32 格式，其他格式无法启动

2、放入 BOOT.bin 文件，放在根目录

3、D 卡插入开发板的 SD 卡插槽

4、启动模式调整为 SD 卡启动

开发板设置拨码为【 101001（1~6 SD卡 模式）】

5、打开串口，开发板上电

6、可以看到SD卡启动成功，红色部分为FSBL打印信息，绿色为我们的APP打印信息

7、SD卡固化成功

 

四、QSPI程序固化

QSPI 烧写有2种方式：xSDK软件烧写、或者Vivado软件烧写

 

五、QSPI烧写及测试（xSDK软件烧写）

首先将开发板设置为JTAG模式【 010101（1~6 JTAG 模式）】

1、在 SDK 菜单 Xilinx -》 Program Flash

2、参数配置

《1》、Hardware Platform 选择我们自己定制的平台；

《2》、Image FIle 文件选择要烧写的 BOOT.bin；

《3》、FSBL file 选择创龙定制的 fsbl.elf，只有用这个 fsbl 才能烧写（我会另写一篇博客单独写怎么定制fsbl.elf文件）；

《4》、选择 Verify after flash，在烧写完成后校验 flash

3、注意：第一次固化的时候，里面有uboot在执行，烧写不成功，所以要先在软件点固化，然后快速给开发板上电

4、将启动设置为QSPI【 100101（1~6 QSPI 模式）】，验证固化有没有成功

5、打印的信息和我们在DUBUG的时候一致，代表我们固化成功

 

五、QSPI烧写及测试（vivado软件烧写）

1、在 HARDWARE MANGER 下选择器件，右键 Add Configuration Memory Device

2、选择尝试 Winbond，类型选择 qspi，宽度选择 x4-single，这时候出现 w25q128

选择红框型号，开发板使用 MT25QL256ABA1EW9-0SIT，但是不影响烧录

3、在弹出的对话框，提示我们是否立即烧写，点击OK

选择ps_uart_hello/bootimage/目录的BOOT.bin，选择fsbl/debug/目录下的fsbl.elf文件

4、提示我们当前是处于QSPI模式的，如果编程失败，请更改模式，再次重试

5、我们将启动模式改为JTAG模式【 010101（1~6 JTAG 模式）】

6、断电上电，再次尝试烧写，没有刚才的警告信息了

7、再将启动模式切换为QSPI模式，QSPI【 100101（1~6 QSPI 模式）】，验证固化有没有成功

 

六、到此PS端的程序固化成功　　

      审核编辑：彭静