【ZYNQ】QSPI Flash 固化程序全攻略

普通的 FPGA 一般是可以从 Flash 启动，或者被动加载，ZYNQ 的启动是由 ARM 主导的，包括 FPGA 程序的加载，ZYNQ 启动一般为最少两个步骤，在 UG585 中也有介绍。

• Stage 0：BootROM 阶段 在 ZYNQ 上电复位或者热复位之后，处理器首先执行 BootRom 代码，这一步是最初始启动设置。BootRom 存放了一段用户不可更改的代码，代码里包含了最基本的 NAND，NOR，Quad-SPI，SD 和 PCAP 的驱动，在非 JTAG 模式下才执行。另外一个作用是把 stage 1 的代码搬运到 OCM 中，就是 FSBL（First Stage Boot Loader）代码。

• Stage 1：FSBL 阶段 当 BootRom 搬运 FSBL 到 OCM 后，开始执行 FSBL 代码，FSBL 主要有以下几个作用：

  • 初始化 PS 端配置，这些配置也就是在 Vivado 工程中对 ZYNQ 核的配置。包括初始化 DDR，MIO，SLCR 寄存器。主要是执行 ps7_init.c 和 ps7_init.h，ps7_init.tcl 的执行效果跟 ps7_init.c 是一样的。
  • 如果有 PL 端程序，加载 PL 端 bitstream
  • 加载 SSBL（Second Stage Boot Loader）或者 bare-metal 应用程序到 DDR 存储器
  • 交接给 SSBL 或 bare-metal 应用程序
    

• Stage 2：SSBL 阶段 SSBL 是可选项，一般是在跑系统的情况下使用，比如 Linux 系统的 u-boot。

创建 FSBL

FSBL 是一个二级引导程序，完成 MIO 的分配、时钟、PLL、DDR 控制器初始化、SD、QSPI
控制器初始化，通过启动模式查找 bitstream 配置 FPGA，然后搜索用户程序加载到 DDR，最后
交接给应用程序执行。详情请参考 UG821 文档。

• 新建一个 APP

• 命名为 fsbl，特别注意选择最新的那个硬件平台，点击 Next

• 模板选择 Zynq FSBL，点击 Finsh

• 在 fsbl_debug.h 添加调试宏定义 FSBL_DEBUG_INFO，可以在启动时输出 FSBL 的一些状态信息，有利于调试，但是会导致启动时间变长。

• 修改后保存，SDK 默认会自动编译，生成 fsbl.elf 文件。

创建 BOOT 文件

• 选择 APP 工程，右键选择 Create Boot Image
  

• 弹出的窗口中可以看到生成的 BIF 文件路径，BIF 文件是生成 BOOT 文件的配置文件，还有生成的 BOOT.bin 文件路径，BOOT.bin 文件是我们需要的启动文件，可以放到 SD 卡启动，也可以烧写到 QSPI Flash。

• 在 Boot image partitions 列表中是要合成的文件，第一个文件一定是 bootloader 文件，即上面生成的 fsbl.elf 文件，第二个文件是 FPGA 配置文件 bitstream，在本实验中为 check.bit，第三个是应用程序，在本实验中为 check.elf，点击 Create Image 生成。

• 在生成的目录下可以找到 BOOT.bin 文件。

QSPI 烧写启动测试

• 在 SDK 菜单 Xilinx -> Program Flash

• Hardware Platform 选择最新的，Image FIle 文件选择要烧写的 BOOT.bin，FSBL file 选择生成的 fsbl.elf，Flash Type 选择 qspi_dual_parallel，点击 Program 等待烧写完成。

注：如果烧写时不是 JTAG 启动模式，软件会给出一个警告，所以建议烧写 QSPI 的时候设置到 JTAG 启动模式

• 断电，设置启动模式为 QSPI，上电重启，可以看到 ZYNQ 已在运行。

使用批处理文件快速烧写 QSPI

• 新建一个 program_qspi.txt 文本文件，扩展名改为 bat，内容填写如下：

set XIL_CSE_ZYNQ_DISPLAY_UBOOT_MESSAGES=1
call D:\Software\Xilinx17\SDK\2017.4\bin\program_flash -f BOOT.bin -offset 0 -flash_type qspi_dual_parallel -fsbl fsbl.elf -verify
pause

• 其中 set XIL_CSE_ZYNQ_DISPLAY_UBOOT_MESSAGES=1 设置显示烧写过程中的 uboot 打印信息，
  D:\Software\Xilinx17\SDK\2017.4\bin\program_flash 为我们工具路径，按照安装路径适当修改，-f 为要烧写的文件，-fsbl 为要烧写使用的 fsbl 文件，-verify 为校验选项

• 把要烧录的 BOOT.bin、fsbl、bat 文件放在一起

• 插上 JTAG 线后上电，双击 bat 文件即可烧写 flash