Vivado如何生成BIN或MCS文件并烧写到FLASH中

一. 参考资料

参考资料：UG908 - Vivado Design Suite 用户指南：编程和调试（中文版） (v2021.1)

传送门：Xilinx官网——网站关键字搜索——ug908

目前（2021年11月29日）最新版是v2021.2，中文版可能要过几个月才出，而次新版v2021.1有中文版，参考此中文版更方便。

二. Vivado生成BIN或MCS文件

Xilinx的配置文件有好几种，想了解它们之间的区别以及如何使用它们可参考我的另一篇博客。

传送门：Xilinx配置文件——BIT、RBT、BIN、MCS以及HEX的区别与使用

2.1 生成BIN文件

默认情况下，Generate Bitstream并不会生成BIN文件，只会生成bit，如果想在生成bit文件的同时也生成BIN文件，则需要进行如下操作：

Tools -> Settings -> Bitsream -> 勾选-bin_file* -> OK

或者 左侧流程导航栏 -> PROGRAM AND DEBUG -> 右击Generate Bitstream -> Bitsream Settings…，也可进入Bistream设置界面

生成完成后，重新生成bit流文件，就会在生成bit文件的同时，也生成一个bin文件。生成路径是project目录下 -> *.runs -> impl文件夹。

2.2 生成MCS文件

2.2.1 打开创建存储配置文件窗口

Tools -> Generate Memory Configuration File…

2.2.2 生成MCS总流程，第一步选择格式为MCS

有三种格式可选，MCS，BIN 和 HEX。

2.2.3 选定要烧写的FLASH型号

2.2.4 设置MCS文件名和存储路径

2.2.5 选择bit文件

其实此窗口就是运行一个TCL命令来生成MCS。

三. Vivado将BIN/MCS下载到FLASH中

3.1 Open Hardware Manager -> Open Target -> Auto Connect，连接上JTAG下载器

3.2 在自动检测出的芯片上右击，选择Add Configuration Memory Device…

3.3 选定FLASH型号，OK

3.4 选择要下载到FLASH中的BIN文件或MCS文件，OK

3.5 等待烧写完成

到此，FLASH烧写已经完成了。断电重启板卡，验证一下程序是否能正常加载。

3.6 使用ILA可能出现的警告

如果工程中使用了ILA，则在FLASH烧写完成时可能提示如下警告，意思是没有检测到ILA，这是因为FLASH中的程序需要断电后才能运行，现在板上还没有运行刚烧写的程序。所以我们不用理会此警告，断电重启板卡，会发现程序以及ILA都已经烧写到FLASH中了。

[Labtools 27-3413] Dropping logic core with cellname:‘ila_inst00’ at location ‘uuid_0C20A43EC65355A2BD22C3FE3273CE40’ from probes file, since it cannot be found on the programmed device.

四. 如何加快FPGA加载FLASH中程序的速度

可以通过增加约束的办法来提高FLASH中程序的加载速度，主要用到以下几个配置约束语句：

1）以下命令表示压缩生成的bit文件，而BIN和MCS是根据bit生成的，所以，此语句也能使BIN和MCS文件更小，文件更小，加载完成自然更快。我测试了一下，一个简单的点亮LED的程序，不使用COMPRESS，bit文件大小是15632KB，使用之后是2147KB，可见此命令还是很有效果的。

需要说明的是：此命令并不能保证一定能减小文件体积，它通常起作用但不总是起作用，你可以在所有设计中加入这一条约束，好像并没有什么坏处？

set_property BITSTREAM.GENERAL.COMPRESS TRUE [current_design]

2）以下命令表示设置SPI总线的宽度，这要跟硬件对应，不能乱写，一般FLASH有两种配置方式：SPI和BPI，其中SPI的总线宽度有1, 2, 4, 8四种。

set_property BITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH 4 [current_design]

3）设置配置模式，同样需要和硬件对应，但经过试验，此约束加与不加没有影响。

set_property CONFIG_MODE SPIx4 [current_design]

4）设置配置时钟频率，50表示50MHz，此约束对加载速度的影响是最大的，使用时注意约束频率不能高于FLASH芯片最高支持的频率。

set_property BITSTREAM.CONFIG.CONFIGRATE 50 [current_design]

其实控制程序配置的约束命令还有很多，Xilinx将这些命令全部集成到了Vivado的图形界面中，其实是不需要记忆，也不需要手输的，打开程序配置界面的方法如下：

在综合完成后，Open Implemented Design -> Tools -> Edit Device Propeties…

关于每个选项的含义可参考UG908的附录。

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