Zynq系列FPGA如何固化bit文件到QSPI_Flash

最近因爲項目須要，要將bit文件固化到zedboard的flash中，使程序上電自啓，斷電不丟失。

咱們知道，通常板級調試的時候都是直接下載bit流到FPGA就行，固化到Flash的話，也是先生成.mcs文件，而後下載到Flash便可。

可是在通過反覆嘗試以後，發現對zynq系列好像行不通。

why？這得從zynq的啓動流程提及。

1、ZYNQ的啓動流程

ZYNQ7000 SOC 芯片能夠從 FLASH 啓動，也能夠從 SD 卡里啓動， 本節介紹程序 FLASH 啓動的方法。Zynq7000 SOC 芯片上電後，最早運行的是ARM端系統(PS)。而後再經過ARM系統軟件部分加載FPGA的比特流文件.bit至FPGA(PL)，配置FPGA PL端的邏輯功能。ZYNQ 系統的啓勱流程以下：

　ZYNQ啓動分爲兩個階段

• 第一階段是 BOOT ROM（ZYNQ廠家固化代碼）
• 第二階段是 FSBL (First Stage Bootloader)SDK工具來製做。

通過以上兩個階段，PL端配置程序及應用程序纔開始運行。

1.1 第一階段 (BOOT ROM)

• 上電後，Zynq7000 SOC 會首先執行片內 Boot ROM 代碼，Boot ROM 代碼讀取 Boot mode 寄存器來判斷是哪種啓動方式(SD card/QSPI Flash/JTAG)。
• 肯定好哪一種啓勱方式後，Boot ROM 從相應的啓動設備(SD Card/QSPI Flash)加載 First Stage Bootloader (FSBL) 到On Chip Memory(OCM) RAM，而且將執行權交付給 FSBL。

1.2 第二階段 FSBL (First Stage Bootloader)

使用SDK 工具一步步生成 FSBL 代碼和可執行文件，結合代碼可知 FSBL 主要作了以下工做：

 

• 初始化 CPU，初始化串口；
• Processor System (PS) 一些控制器的初始化，如 MIO, PLL, CLK and DDR；
• 禁止 L1 Data Cache；
• 註冊 ARM 中斷向量；
• 經過 Boot mode 寄存器，判斷是哪一種啓動方式。

1.2.1 QSPI Flash 啓動方式：

• 初始化 QSPI Flash 控刢器；
• 從 Flash 拷貝 system.bit 到 FPGA (若是 Flash 中存有 system.bit)；
• 從 QSPI Flash 拷貝應用程序的代碼到DDR3；
• 調轉到應用程序執行；

1.2.2 SD Card 啓動方式：

1. 初始化 SD 控刢器；
2. 從 SD Card 拷貝 system.bit 到 FPGA (若是 BOOT.BIN 中存有 system.bit)；
3. 從 SD card 拷貝應用程序的代碼到 DDR3；
4. 跳轉到應用程序執行；

1.2.3 JTAG 啓動方式，直接退出。

 

所以，對於Zynq系列的FPGA芯片來講，固化到Flash中的bit文件須要一個引導程序（也就是FSBL），才能被用來配置PL。實際上，FSBL會做爲BootLoader和bit文件一塊兒合成一個.bin或者.mcs文件，而後下載到Flash中，過程以下：

 

2、生成BOOT.bin或者BOOT.mcs

　2.1 VIVADO操做

　　你應該已經有了一個完整的工程，接下來你須要添加並配置PS端，生成新的bit文件：

 　　　　（1）創建一個新的塊設計（Create Block Design）

　　　　

　　　　（2）添加ZYNQ7 Processing System

　　　　

　　　　（3）雙擊所添加的zynq7，配置peripheral I/O，咱們只保留Quad SPI Flash

　　　　

　　　　（4）在 Diagram 界面裏點擊"Run Block Automation"完成對 ZYNQ7 Processing System IP核的配置，生成外部 ZYNQ 系統的外部連接 IO 管腳。

　　　　

　　　　（5）在 Source 窗口中選中 design_1.bd,右鍵並前後選擇Generate Output Projects 和 Create HDL Wrapper 選項，生成頂層文件design_1_wrapper。

　　　　（6）在頂層文件中例化咱們原來的工程；（特別注意：要將原來工程的外部引腳也例化爲如今頂層工程的I/O，並配置好約束）。

　　　　（7）從新生成bit流。

　　　　（8）Export to Hardware（包含bitstram 文件），Launch SDK，暫時告別VIVADO，進入SDK進行操做。

　2.1 SDK操做

 　　　　（1）進入SDK 開發環境後，點擊菜單 File -> New -> Application Project。

　　　　

　　　　（2）點擊next，選擇Zynq FSBL

　　　　

　　　　（3）接下去咱們要把 FSBL 可執行文件，FPGA PL的bit比特流文件和PS應用程序結合成一個 Bin 文件或Mcs文件。

　　　　選擇菜單 Xilinx Tools->Create Boot Image：

　　　　

　　　　選擇output.bif的存放地址，選擇生成bin文件仍是mcs文件，而後依次添加zynq_fsbl.elf（BootLoader）、bit文件、應用程序elf文件（這個若是沒有能夠省略），最終生成用於固化的bin或者mcs文件。

　　　　

　　　　（4）將生成的bin或者mcs文件下載到Flash（通過驗證，這兩種類型的文件均可以）

　　　　開發板上電，選擇菜單 Xilinx Tools->Program Flash：

　　　　

　　　　加載文件：

　　　　

　　　　（5）點擊Program，出現以下信息，則成功。而後斷電，切換板子的啓動方式，而後從新上電就會發現板子自動配置完成的燈亮了，搞定！

 　　　　

　

　　注意：若出現如下信息，排除掉Jtag線纜的問題以後，可能的緣由是以前同時鏈接過多個開發板，致使識別出來的芯片型號有不止一個，而後它就檢測到JTAG斷開（我就是這個問題）。

　　　　

 　　解決方法很簡單：關掉SDK，從新打開，從新Program Flash便可。

 

參考鏈接：1.https://blog.csdn.net/taowei1314520/article/details/78595482

　　　　　2.https://blog.csdn.net/fengyuwuzu0519/article/details/80411894