Zynq-Linux移植学习笔记之四-fsbl

这一篇讲一讲FSBL

1、  FSBL简介

在zynq上运行程序的时候，加载过程中肯定需要用到一个文件，那就是fsbl，fsbl的全称为first stage boot loader，从字面上就能够看出这是zynq启动第一阶段的加载程序，经过了fsbl这一阶段，后面系统才能够运行裸奔程序或者是引导操作系统的u-boot。启动过程如下图：

在上图中，Boot Rom是直接固化在zynq硬件中的，开发者无法更改，fsbl.elf可以在Xilinx的SDK中进行修改。

2、  FSBL代码过程（参考FSBL代码导读）

打开zynq_fsbl_bsp——>ps7_cortexa9_0——>libsrc——>standalone_v3_07_a——>src文件夹，里面有一个asm_vector.S文件，这个文件

声明了一个代码段，位于地址0处。开机之后，PS自动执行地址0处的指令，其第一句话就是一个跳转：B  _boot。如下：

于是就跳转到boot.S中执行_boot标号下的代码了，_boot会对系统做初始化，当它执行完后，PS将具备执行C代码的能力，接着在_boot的代码中，再次执行了一个跳转：

_start标号位于xil.crt0.S中，仍然对系统进行设置，我们看到，第一句话就是跳转到_cpu_init去执行cpu初始化。代码部分截图如下：

  在_start的末尾，BSP终于完成了自己的工作，PS将跳转到main函数开始执行。如下：

终于系统进入了FSBL阶段。我们打开zynq_fsbl——>src文件夹，然后打开main函数：

Main函数首先是一些宏定义，接下来就是执行ps7_int（）函数。SDK是一个很智能的工具，图中的灰色阴影部分是SDK判断出了PEEP_CODE这个宏没有定义，所以用灰颜色提示读者这段代码不用执行。

ps7_init函数位于ps7_init.c文件中。这个C文件是由XPS根据用户的配置自动生成的。我们进入ps7_init函数看一下，这个函数很短：

根据代码，很明显可以猜到，ps7_init函数其实执行了mio,pll,clock,ddr和某些外设的初始化。

 

我们接着看FSBL的main函数，根据XPS自动生成的ps7_init.c执行完初始化之后，FSBL将根据启动状态寄存器判断是采用的哪种启动模式。有四种启动模式，分别是QSPI，NOR，JTAG，SD卡等模式。每种模式都有一段独立的代码，举个例子，我们看SD卡模式的执行代码：

可以看到，系统先对SD卡初始化，并且要求SD卡中必须要有BOOT.BIN文件。如果没有，那么从SD卡启动板子就会失败。这也是为什么我们生成启动镜像必须命名为BOOT.BIN的原因。需要注意的是NAND启动模式被禁用了，因为FSBL中有一个宏没有定义，所以处于灰色状态。接下来的代码我们只看一下注释就大概知道干什么了：

 在明确了启动模式之后，PS将在相应的flash中去寻找.bit文件和用户程序，通过遍历一些partition（最多15个），如果找到了.bit文件，那么就不重启，直接配置PL，然后再找用户程序。如果没找到.bit就软件复位一下，然后调整地址，接着验证下一个partition。充分体现这个过程的，是这个函数：

PartitionMove函数很复杂，我们只看注释：

这个注释说的就是找到了.bit文件就配置PL，找到了用户程序就加载到内存。这个函数执行完之后，返回值就是用户程序的执行地址。这个执行地址位于用户文件的文件头中，是由编译器或者ISE自己生成的。

找到了用户程序的执行地址，那么FSBL函数就该交接了，完成这个过程的是FsblHandoff函数：

这个函数完成交接，并且一去不复返，再也不会返回，从此PS就开始执行了用户代码。那么交接究竟是怎么完成的？其实我们直观上很容易猜到肯定是一个跳转指令。带着猜测，我们深入FsblHandoff函数，最后果然找到了：

其中bx    lr指令就是跳转到用户代码执行。

3、  FSBL中对DDR的初始化

在fsbl main函数执行过程中很重要的一步是对DDR进行初始化，这里调用了ps7_init这个函数，该函数根据PS的类型进行MIO,PLL,CLOCK,DDR一系列参数的设定，代码如下：

Int ps7_init() 
{
  // Get the PS_VERSION on run time
  unsigned long si_ver = ps7GetSiliconVersion ();
  int ret;
  if (si_ver == PCW_SILICON_VERSION_1){
    ps7_mio_init_data = ps7_mio_init_data_1_0;
    ps7_pll_init_data = ps7_pll_init_data_1_0;
    ps7_clock_init_data = ps7_clock_init_data_1_0;
    ps7_ddr_init_data = ps7_ddr_init_data_1_0;
    ps7_peripherals_init_data = ps7_peripherals_init_data_1_0;
  } 
else if (si_ver == PCW_SILICON_VERSION_2) {
    ps7_mio_init_data = ps7_mio_init_data_2_0;
    ps7_pll_init_data = ps7_pll_init_data_2_0;
    ps7_clock_init_data = ps7_clock_init_data_2_0;
    ps7_ddr_init_data = ps7_ddr_init_data_2_0;
    ps7_peripherals_init_data = ps7_peripherals_init_data_2_0;
  }
else {
    ps7_mio_init_data = ps7_mio_init_data_3_0;
    ps7_pll_init_data = ps7_pll_init_data_3_0;
    ps7_clock_init_data = ps7_clock_init_data_3_0;
    ps7_ddr_init_data = ps7_ddr_init_data_3_0;
    ps7_peripherals_init_data = ps7_peripherals_init_data_3_0;
  }
  // MIO init
  ret = ps7_config (ps7_mio_init_data);  
  if (ret != PS7_INIT_SUCCESS) return ret;
  // PLL init
  ret = ps7_config (ps7_pll_init_data); 
  if (ret != PS7_INIT_SUCCESS) return ret;
  // Clock init
  ret = ps7_config (ps7_clock_init_data);
  if (ret != PS7_INIT_SUCCESS) return ret;
  // DDR init
  ret = ps7_config (ps7_ddr_init_data);
  if (ret != PS7_INIT_SUCCESS) return ret;
  // Peripherals init
  ret = ps7_config (ps7_peripherals_init_data);
  if (ret != PS7_INIT_SUCCESS) return ret;
  return PS7_INIT_SUCCESS;
}

以DDR为例，这里定义了一个表(ps7_ddr_init_data_1_0)用于根据PS的类型进行不同初始化参数配置，在文件中能够找到该表具体的内容：

unsigned long ps7_ddr_init_data_1_0[] = {
    // START: top
    // .. START: DDR INITIALIZATION
    // .. .. START: LOCK DDR
    // .. .. reg_ddrc_soft_rstb = 0
    // .. .. ==> 0XF8006000[0:0] = 0x00000000U
    // .. ..     ==> MASK : 0x00000001U    VAL : 0x00000000U
    // .. .. reg_ddrc_powerdown_en = 0x0
    // .. .. ==> 0XF8006000[1:1] = 0x00000000U
    // .. ..     ==> MASK : 0x00000002U    VAL : 0x00000000U
    // .. .. reg_ddrc_data_bus_width = 0x0
    // .. .. ==> 0XF8006000[3:2] = 0x00000000U
    // .. ..     ==> MASK : 0x0000000CU    VAL : 0x00000000U
    // .. .. reg_ddrc_burst8_refresh = 0x0
    // .. .. ==> 0XF8006000[6:4] = 0x00000000U
    // .. ..     ==> MASK : 0x00000070U    VAL : 0x00000000U
    // .. .. reg_ddrc_rdwr_idle_gap = 0x1
    // .. .. ==> 0XF8006000[13:7] = 0x00000001U
    // .. ..     ==> MASK : 0x00003F80U    VAL : 0x00000080U
    // .. .. reg_ddrc_dis_rd_bypass = 0x0
    // .. .. ==> 0XF8006000[14:14] = 0x00000000U
    // .. ..     ==> MASK : 0x00004000U    VAL : 0x00000000U
    // .. .. reg_ddrc_dis_act_bypass = 0x0
    // .. .. ==> 0XF8006000[15:15] = 0x00000000U
    // .. ..     ==> MASK : 0x00008000U    VAL : 0x00000000U
    // .. .. reg_ddrc_dis_auto_refresh = 0x0
    // .. .. ==> 0XF8006000[16:16] = 0x00000000U
    // .. ..     ==> MASK : 0x00010000U    VAL : 0x00000000U
    // .. .. 
    EMIT_MASKWRITE(0XF8006000, 0x0001FFFFU ,0x00000080U),
 
    EMIT_MASKWRITE(0XF8006004, 0x1FFFFFFFU ,0x00081081U),
   
    EMIT_MASKWRITE(0XF8006008, 0x03FFFFFFU ,0x03C0780FU),
   
EMIT_MASKWRITE(0XF800600C, 0x03FFFFFFU ,0x02001001U),
//以下省略…

这里对DDR进行初始化其实就是配置ARM内DDR控制器的对应寄存器，从注释可以看到对寄存器每一位都进行了配置。

在fsbl.h中能够找到DDR寄存器的起始地址和结束地址：

#define DDR_START_ADDR   XPAR_PS7_DDR_0_S_AXI_BASEADDR

#define DDR_END_ADDR        XPAR_PS7_DDR_0_S_AXI_HIGHADDR

xparameters.h中能找到上面列出了的0XF8006000

/* Definitions for peripheral PS7_DDRC_0 */

#define XPAR_PS7_DDRC_0_S_AXI_BASEADDR0xF8006000

#define XPAR_PS7_DDRC_0_S_AXI_HIGHADDR0xF8006FFF

经过配置后DDR才能够使用，接下来fsbl将后续要执行的程序放入内存中。

4、  对FSBL的一点疑惑

按照流程图来看，要让zynq跑起来肯定需要fsbl，但是在通过jtag模式加载linux的过程中并没有fsbl.elf这个文件，而是直接dow u-boot.eld,uimage,devicetree.dtb文件。同时运行简单的裸奔程序helloworld时也是直接用SDK通过jtag让zynq跑起来。对于这种现象，我的猜想是fsbl.elf这个文件可能已经存放在arm内部的on-chip memory中了，硬件的boot rom启动后立刻执行的是这个内部的fsbl，然后再加载后续程序。当然，我们也可以创建自己的fsbl.elf，但是也是执行完内部的fsbl.elf后再执行用户自定义的fsbl.elf。

疑惑已经解决：见https://forums.xilinx.com/t5/Embedded-Development-Tools/When-launching-Zynq-from-SDK-using-JTAG-is-FSBL-irrelevant/m-p/662186/highlight/true#M38261

使用JTAG方式确实不需要FSBL

附：FSBL调试

参看 http://www.cnblogs.com/otod3r/p/5275732.html 调试fsbl的时候可以打开debug，这样串口就有打印信息了。