使用Vivado通过AXI Quad SPI实现XIP功能

作者：Longley Zhang，AMD工程师；来源：AMD开发者社区

就地执行(eXecute In Place，下面简称XIP)，即芯片内执行，是指应用程序可以直接在非易失存储器或闪存中取指然后译码、执行，不必再把代码读到系统RAM中。它是使用共享内存的扩展，以减少所需的总内存量。AMD的软核处理器Microblaze可以通过AXI Quad SPI IP实现XIP的功能。AMD提供参考设计XAPP1176（见Ref 1，Ref 2），介绍使用 Vivado 通过 AXI Quad SPI 进行就地执行(XIP)。用户可以通过这个参考设计了解Microblaze实现XIP功能的基本概念和设计思路。然而这篇文档使用的Vivado版本是2013.2，这个版本已经很旧了，文档里面提到的一些工具(如：IMPACT) 以及命令(XMCSUTIL)在新版本的Vivado都已经不支持了，并且XAPP1176里提供的bootloader比较复杂。

本博客提供了基于2023.2 Vivado的参考工程，展示如何使用Microblaze 就地执行（XIP）程序，并提供一个简单的bootloader。

下面是工程创建流程和程序运行步骤：

1. 修改2023.2 AC701 Petalinux BSP里自带的Vivado工程，使能AXI Quad SPI IP里的XIP模式。

或者创建一个基于AC701的Vivado工程运行，然后运行附件的tcl文件。

2. 构建Vivado工程，生成bit文件并导出包含bitstream的xsa文件。

3. 在Vitis里，基于导出的xsa文件创建platform工程，创建两个工程，一个是bootloader，另外一个是XIP的用户程序。

这个bootloader只是一个运行在BRAM里的简单程序，作用是把PC跳转到XIP程序的起始位置。

XIP程序可以是任何用户程序，用户需要在linker script里把.text等只读的section放到QSPI flash的地址段，把.data/.bss等读写的section放到BRAM。

如果.data section里有已经初始化的变量，用户需要在用户程序里把.data section复制到BRAM里。

4. 分别右键点击bootloader工程和XIP工程里的src文件夹，导入附件的工程文件。（在本博客的工程里，bootloader工程文件在bootloader_ar的文件夹里，XIP工程文件在dhry_0文件夹里。）

5. 在XSCT里运行mb-objcopy把xip工程的elf文件转换成bin文件(下面命令把dhry_0.elf转换成dhry_0.b)。

mb-objcopy -O binary -R .vectors.reset -R .vectors.sw_exception -R .vectors.interrupt -R .vectors.debug_sw_break -R .vectors.hw_exception dhry_0.elf dhry_0.b

6. 在Vitis里，通过菜单Vitis -> Program Device把bootloader.elf更新到bit文件里，生成新的download.bit。

7. 在Vivado里，通过菜单Tools -> Generate Write Memory Configuration File把download.bit和XIP工程的bin文件合并成一个mcs文件（这里相当于XAPP1176里的Merging Two MCS Files）。

8. 把生成的mcs文件烧写到AC701的QSIP flash里，连接UART线，把AC701设置为QSPI flash启动模式并上电启动。这样就能看到串口的打印输出了，输出内容是DHRYSTONE测试的结果。