zynq 程序固化和启动

我们前面的例程都是在 SDK 开发环境中用 JTAG 直接下载程序运行，如果开发板断电，程序就会丢失，如何让程序能够在开发板断电后再上电能重新启动，这就需要用到应用程序的固化。 ZYNQ7000 SOC 芯片可以从 FLASH 启动，也可以从 SD 卡里启动， 本文给大家介绍程序的 FLASH 或者 SD 卡启动的方法。

前面我们也介绍过， Zynq7000 SOC 芯片上电后，运行的是 ARM 系统(PS)。然后再通过 ARM 系统软件部分加载 FPGA 的比特流文件.bit 至 FPGA(PL)，启动 FPGA 的逻辑功能。 下面给大家介绍一下 ZYNQ 系统的启动流程：

开发板启动流程

开法板的启动分两个阶段，第一阶段是 BOOT ROM，第二阶段是 FSBL (First Stage Bootloader)。经过两个阶段，应用程序开始运行。

 第一阶段 (BOOT ROM)

1). AX7010/AX7020 开发板上电后，Zynq7000 SOC 会首先执行片内 Boot ROM 代码， Boot ROM 代码读取 Boot mode 寄存器会决定是哪一种启动方式(SD card/QSPI Flash/JTAG)。

2). 确定好哪种启动方式后， Boot ROM 从相应的启动设备(SD Card/QSPI Flash)加载 First
Stage Bootloader (FSBL) 到 On Chip Memory(OCM) RAM，开始将执行权交付给 FSBL。

 第二阶段 FSBL (First Stage Bootloader)

FSBL 开始执行， 后面我们会介绍了如何利用 SDK 工具一步步生成 FSBL 代码和可执行文
件，结合代码可知 FSBL 主要做了如下工作：

1).初始化 CPU，初始化串口；

2). Processor System (PS) 一些控刢器的初始化，如 MIO, PLL, CLK and DDR；

3). 禁止 L1 Data Cache；

4). 注册 ARM 中断向量；

5). 通过 Boot mode 寄存器，判断是哪种启动方式
a). QSPI Flash 启动方式：
 初始化 QSPI Flash 控制器；
 从 Flash 拷贝 system.bit 到 FPGA (如果 Flash 中存有 system.bit)；
 从 QSPI Flash 拷贝应用程序的代码到 DDR3；
 调转到应用程序执行；
b). SD Card 启动方式：
初始化 SD 控刢器；
从 SD Card 拷贝 system.bit 到 FPGA (如果 BOOT.BIN 中存有 system.bit)；
从 SD card 拷贝应用程序的代码到 DDR3；
调转到应用程序执行；
c). JTAG 启动方式，直接退出。

Vivado 工程修改

我们只是一个测试工程，可以找一个前面完成的工程，比如helloworld 或者有点现象一点的sdk 流水灯，当然也可更复杂一点的。这里我就采用流水灯工程。

因为我们需要写入SD 卡和Qspi，需要修改工程，就是提供sd卡和qspi 的支持，下面的图示是基于黑金的开发板或核心板AC7010，如果不一致，你需要核对你硬件的设计。

1. 为了不影响前面的项目，把my_led 工程另存为my_led_flash。

2. 打开项目后，双击打开 Diagram 原理图中的 Processing_system7_0, 打开配置 ZYNQ 的配置界面，在 Peripheral I/O Pins 项，使能 Quad SPI Flash

同样，我们需要使能 SD0 的接口， SD 卡在 AX7010/AX7020 开发板上是连接到 PS 的
MIO40~MIO45 的管脚上。

 

3. 在 MIO Configuration 项，把 Quad SPI Flash 的 MIO1~MIO6 Speed 配置成 fast 模式。

 

在 SD_0 项，选择 CD 前面的钩， IO 选择 MIO47(需要跟开发板一致）， SD_0 的 IO 速度配置
成 fast 模式。
 

再配置 Bank1 I/O Voltage 的电压为 1.8V。

保存好原理图，等等，产生比特流bit,，输出硬件(Export hardware)，启动SDK(Launch SDK)

验证

在sdk 里， Xilinx->program FPGA

debug 或Run 验证你的sdk 工程运行正常。

如果你还没有运行的工程，那你就建立一个，并且调试运行好。下面我们烧写的就是这个程序。

生成 FSBL 可执行文件

在 SDK 开发环境里 ， 点击菜单 File -> New -> Application Project

仅在 Project name: 输入 fsbl， Hardware Platform 需要选择 system_wrapper_hw_platform_0，这个hardware platform和你上面的工程应该是一样的。

Next 后，选择 Zynq FSBL 模板

软件会自动编译生成 fsbl.elf 文件，当然也可手动编译一下，如果认为有问题。

为了能够让串口打印出 Bootloader 的信息，我们这里需要在 fsbl_debug.h 文件里添加一条语句，定义一下“FSBL_DEBUG_INFO”常量。修改后保存，重新编译一下 fsbl 顷目。

BOOT.BIN 文件的生成

接下去我们要把 FSBL 可执行文件， FPGA 的比特流文件和 应用程序结合成一个 Bin 文件。

1. 选择菜单 Xilinx Tools->Create Boot Image

2. 点击 Browse 按键选择 Zynq Boot Image 文件.bif 的存放地址。

我的是：C:\alinx\my_led_flash\output.bif

3. 点击 Add 按钮， 在弹出的 Add new boot image partition 对话框中, 点击 Browse 选择我们刚生成的 FSBL 可执行文件 fsbl.elf。这里 Partition type 为 bootloader， fsbl.elf 作为bootloader 程序

我的是：C:\alinx\my_led_flash\my_led_flash.sdk\fsbl\Debug\fsbl.elf

4. 点击 Add 按钮，在弹出的 Add new boot image partition 对话框中, 点击 Browse 按钮找到 FPGA 的比特流文件 system_wrapper.bit, 这里 Partition type 为 datafile。

我的是：C:\alinx\my_led_flash\my_led_flash.sdk\system_wrapper_hw_platform_0\system_wrapper.bit

5. 同样的方法添加应用程序文件 myled.elf, 这里 Partition type 也是 datafile。

我的是：

3 个文件添加后如下所示：

有了这一次后，以后可以如下方式进行，不用每次都导入。上面图是第一次的操作，后面可以import from existing BIF file.

说实在的，第一次我操作有误，bit 文件错误成了hdf 文件，下面修改后才执行正确。

6. 点击 Create Image 按钮，生成 BOOT.bin

烧写 FLASH 并启动

我们需要测试 FLASH 的启动方法，需要把生成的 BOOT.bin 文件烧写到 QSPI FLASH 中。
具体步骤如下：
1. 开发板需要连接 JTAG 线到电脑，把开发板上的启动配置的跳线帽插到中间的两个 Pin 上，
也就是从 QSPI Flash 启动，再开发板上电。

2. 在 SDK 开发环境里，选择菜单 Xilinx Tools->Program Flash。

其实在这个操作前应该Xilinx Tools->Program FPGA，可能以前是不需要这样操作。

3. 在这个操作对话框里，需要输入fsbl.elf文件， image File 就是我们上面生成的，Hardware Platform 也是我们上面选择的system_wrapper_hw_platform_0。硬件平台都应该与上面创建时一致。

 

4. 点击 Program 按钮下载，程序会开始下载 BOOT.bin 文件到开发板的 QSPI FLASH 中。

Console 窗口显示 Flash Operation Successful 信息，说明烧写成功。

复位或者重开机启动，就可以看到程序运行了，流水灯或者串口显示。

SD 卡启动

从 SD 卡启动的方法更简单，叧要把前面生成的 BOOT.bin 文件拷贝到 SD, 因为AX7010/AX7020 开发板使用的是 micro SD 卡，所以大家要向 SD 卡拷贝 BOOT.bin 文件的话，需要用到 USB 接口的 SD 读卡器。
先用 FAT32的格式格式化一下 SD 卡，然后拷贝 BOOT.bin 文件到 SD 中。
把 Micro SD 卡再插入到开发板的 SD 卡槽中，再把 Boot 启动配置的跳线帽调到 SD 位置的两个引脚上。

加电或复位就看到程序运行了。

介绍到此为止，很多开发板的资料都应该有介绍，下一篇介绍加密的方式写入flash或者SD卡。