ZYNQ 7系列FSBL的啟動過程與配置方法

ZYNQ 7系列所有可編程器件均可以在安全模式下通過靜態(tài)存儲器配置或者在非安全模式下通過JTAG或者靜態(tài)存儲器配置。

（1）JTAG模式主要用于開發(fā)和調試

（2）NAND、并行NOR、串行NOR、SD卡閃存均可以用作器件的啟動

處理器系統(tǒng)啟動主要包括兩個階段：

（1） Stage-0的啟動代碼存儲在內部的BOOTROM,這部分啟動代碼用于ARM處理器和必 要的外設的配置以便可以開始從啟動器件中取出第一階段引導加載程序的啟動代碼?？删幊踢壿嫴糠植荒鼙籅ootROM配置.BootROM是不可寫的

（2）第一階段引導加載程序的啟動代碼通常被存儲在一個flash存儲器中，或者可以通過JTAG下載。BootROM代碼將FSBL的啟動代碼從選定的flash存儲器中拷貝到片上存儲器中?？截惖絆CM（片上存儲器）中的FSBL的代碼的大小被限制在192kb。FSBL開始執(zhí)行的時候，OCM的全部256kb的空間全部可以使用，剩余的64kb的存儲空間也不再被保留。

FSBL的啟動代碼是受完全使用者控制的，通常被稱作用戶啟動代碼。這提供給使用者足夠的靈活性以實現(xiàn)其系統(tǒng)所需的任何的啟動代碼。

XILINX提供一個參考的FSBL的啟動代碼幫助使用者實現(xiàn)自己的需求。這部分啟動代碼包括PS部分外設的初始化代碼，F(xiàn)SBL詳細的初始化時序請參閱SDK提供的FSBL代碼。FSBL的啟動鏡像可以包括一個用于初始化PL部分的比特流。

PL并沒有要求必須在這一階段進行配置，因為在PL沒有配置的時候，PS是完全可操作的。我們可以自定義FSBL的啟動代碼，從而使用其他的PS外設，例如以太網(wǎng)、USB、或者標準輸入和輸出IO口對PL進行配置。

存在以下幾種可能的啟動模式：
(1)PS作為主機的非安全模式
(2)PS作為主機的安全模式
(3)通過JTAG/PJTAG啟動

ZYNQ 7系列所有可編程器件均支持安全模式和非安全模式兩種啟動流程，如下：
(1)Stage-0啟動（BOOTROM）
(2)第一階段引導加載程序
(3)可選擇階段

Stage-0啟動的流程圖如下：

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第一階段引導加載程序（FSBL）開始于boot之后。啟動代碼被BOOTROM拷貝到片上存儲器中，F(xiàn)SBL的主要任務：
（1）使用XPS提供的PS的配置數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的初始化
（2）使用比特流文件進行PL的配置
（3）向DDR存儲器中加載第二階段引導加載程序或bare-metal引用代碼
（4）執(zhí)行第二階段引導加載程序或者bare-metal應用

FSBL的大致流程如下

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FSBL的特性

（1）FSBL Fallback
為了從error中恢復，F(xiàn)SBL會進行一次fallback，并加載另一個存儲在flash存儲器中可啟動的鏡像文件。FSBL更新multiboot寄存器，并產生一個軟件復位，以便bootrom執(zhí)行并加載一個可執(zhí)行的現(xiàn)存的鏡像文件。

（2）FSBL Multiboot
FSBL存在一種機制：提供一個可以multiboot的寄存器，寄存器中列出了flash中多個可以啟動的鏡像文件，并且可以更新multiboot的地址以指向boot的鏡像文件，從而可以保證bootrom可以從flash存儲器中加載所需的鏡像文件。

（3）FSBL Hooks
FSBL的hooks提供了一個插入曾經使用過的函數(shù)的簡單的方法。FSBL的hook函數(shù)存在于fsbl_hook.c文件中。

fsbl_hook.c文件中主要包括以下的函數(shù)：
FsblHookBeforeBitstreamDload：該函數(shù)用于在比特流文件被下載之前。可以在比特流文件被下載之前向程序中加載定制的代碼。
FsblHookAfterBitstreamDload: 該函數(shù)用于比特流文件被下載之后?？梢栽诒忍亓魑募幌螺d之后向程序中加載定制的代碼。
FsblHookBeforeHandoff: 該函數(shù)用于FSBL轉向應用之前。可以在FSBL轉向應用之前向程序中加載定制的代碼。
通過使用這些函數(shù)，用戶可以在FSBL的流程時序中加載任意的初始化代碼。

(4)DDR 錯誤檢查與糾正
可以通過XPS ZYNQ tab使能DDR的錯誤檢查與糾正：FSBL負責DDR的初始化。
因為FSBL并不對DDR進行重新構圖，所以DDR從大于1MB的位置啟動。應用必須從1MB的位置開始使用DDR，如果需要重新構圖的話，就初始化小于1MB的存儲器用來進行錯誤檢查與糾正。

ZYNQ的PS的配置
使用Zynq的配置用戶界面，XPS生成用于初始化MIO和SLCR（系統(tǒng)級的控制寄存器）寄存器。在XPS的工程目錄下，需要特別關注的文件有：ps7_init.c和ps7_init.h，這兩個文件可以用來初始化CLK，DDR和MIO。ps7_init.tcl執(zhí)行的初始化和ps7_init.c一樣。ps7_init.tcl文件，這個文件可以用來初始化CLK、DDR和MIO。ps7_init.tcl執(zhí)行的初始化和ps7_init.c一樣。

注意：Tcl文件在使用XMD調試程序的時候比較有幫助。例如，你可以運行ps7_init.tcl文件，之后加載應用程序后加載應用程序到DDR中，然后進行調試。這種情況下，完全沒到DDR中，然后進行調試。這種情況下，完全沒有必要進行FSBL。
ps7_init.html，該文件描述了初始化的數(shù)據(jù)。

鏡像文件的格式主要包括啟動鏡像文件的格式和分區(qū)頭表文件格式兩個方面。

啟動鏡像文件格式包含：
(1)BootROM的頭
(2)FSBL的鏡像
(3)一個或者多個分區(qū)鏡像
(4)未使用的空間（如果有）

下圖展示了啟動鏡像格式的布局

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分區(qū)頭表：

分區(qū)頭表是一個結構體數(shù)組包含如下表所示的數(shù)據(jù)。對于每一個分區(qū)存在一個結構體，包括FSBL分區(qū)，表中的最后一個結構體被所有NULL值的標記。

偏移量?名稱?描述?
0x00?分區(qū)數(shù)據(jù)大小?分區(qū)數(shù)據(jù)長度（字長表示）?
0x04?寫數(shù)據(jù)長度?解密的分區(qū)中的數(shù)據(jù)長度（字長表示），這個值和未解密的分區(qū)的數(shù)據(jù)長度一致?
0x08?分區(qū)總大小?對應于這個分區(qū)頭表的啟動鏡像分區(qū)的大小，可能包含一些未使用的留作擴展的空間?
0x0c?引導地址?向存儲中引導鏡像的地址，這個地址就是PS數(shù)據(jù)寫入的地方，這部分對PL的比特流分區(qū)不適用?
0x10?執(zhí)行地址?可執(zhí)行文件啟動的位置，這部分對PL的比特流分區(qū)不適用?
0x14?分區(qū)偏移量?從分區(qū)數(shù)據(jù)所對應的引導映像的開始到此分區(qū)頭表起始的字節(jié)數(shù)?
0x18?屬性?第5位被設置為比特流分區(qū)，第4位被設置為PS分區(qū)，其余保留?
0x1c?分區(qū)數(shù)據(jù)段數(shù)?分區(qū)數(shù)據(jù)中獨立加載的數(shù)據(jù)段數(shù)目，此分區(qū)只適用于內存加載分區(qū)數(shù)據(jù)?
0x20到0x3b?保留?保留?
0x3c?校驗?用于第一段啟動加載程序檢查頭部的有效性，校驗是對此結構中的所有以前值的和按位非

啟動鏡像的產生
Bootgen是一個為Zynq的配置組織啟動鏡像的工具。Bootgen依據(jù)啟動鏡像格式文件中定義的格式將一個bit文件和ELF文件合并成為一個單獨的啟動鏡像文件，從而完成ZYNQ flash設備的燒寫。

Bootgen自動的將數(shù)據(jù)結合到啟動鏡像中，將啟動鏡像下載到flash存儲器中之后，Zynq的BootROM和FSBL使用這個鏡像，并自動地從中提取出燒寫的數(shù)據(jù)鏡像，并對ZYNQ的設備進行配置。