ZYNQ SDK开发 （二 软件工程师SDK调试开发，固化程序到FPGA）

1. SDK调试

1.1 点击 Vivado 菜单“ File –> Launch SDK ”，启动 SDK；

SDK实际上指的就是Vivado中的软件开发工具，在2019之后的版本中被独立出来为 Vitis;

启动 SDK 后我们会看到一个文件夹，有一个名为 “system.hdf ”文件，这个文件就包含了 Vivado硬件设计的信息，可以给软件开发使用，也可以看到 PS 端外设的寄存器列表。

在2019以后的版本中，还需要自己利用xac文件新建一个platform project，这里 Launch SDK之后直接就生成了platform，然后同样的要新建一个Application Project ，来做软件开发。

1.2 使用“ Hello World ”模板

​ 可以看到 SDK 创建了一个“ hello ”目录，还有一个 hello_bsp 的目录，在“ hello_bsp“目录中可以找到很多有用的信息，软件开发人员比较清楚， BSP 也就是 Board Support Package板级支持包的意思，里面包含了开发所需要的驱动文件，用于应用程序开发。

双击“ system.mss ”，还可以看到有些 PS 外设还提供了例程，这是用来了解学习这些外设的第一手资料。驱动文档说明可以在 Documentation 中找到。通过 Import Examples 引入官方例子，加快学习。

1.3 使用 PuTTY 软件

​ 做为串口终端调试工具， PuTTY 是一个免安装的小软件连接 JTAG 线到开发板、 UART 的 USB 线到 PC。

​ 在上电之前最好将开发板的启动模式设置到 JTAG 模式。

1.4 给开发板上电

​ 准备运行程序，开发板出厂时带有程序， 这里可以把运行模式选择 JTAG 模式 然后重新上电 。选择“ hello ”，右键，可以看到很多选项，本实验要用到这里的 Run as就是把程序运行起来，“ Run as ”里又有很对选项，选择第 一个“ Launch on Hardware(System Debuger)”，使用系统调试，直接运行程序。即这里的程序掉电或重启后就会消失。

这个时候观察 PuTTY 软件，可能有输出显示，也可能没有输出。

1.5 添加一个配置

为了保证系统的可靠调试，需要添加一个配置，右键“ Run As –> Run Configuration”。

选择“ Reset entire system ”复位整个系统，如果系统中还有 PL 设计，还必须选择“ Program FPGA ”，再次点击 Run。

1.6 Debug

除了“ Run As ”，还可以 “Debug As ”，这样可以设置断点，单步运行。

2. 固化程序

​ 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 :在上电复位或者热复位之后，处理器首先执行 BootRom 里的代码，这一步是最初始启动设置。Boot Rom存放了一段用户不可更改的代码，当然是在非 JTAG 模式下才执行，代码里包含了最基本的 NAND ，NOR ，Quad-SPI， SD 和 PCAP 的驱动。另外一个很重要的作用就是把 stage1 的代码搬运到 OCM 中，就是 FSBL 代码（ First Stage Boot Loader ），空间限制为 192KB 。

​ Stage 1:接下来进入 最重要的一步，当 BootRom 搬运 FSBL 到 OCM 后，处理开始执行 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 ps 7_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 second stage bootloader 或者 bare-metal 应用程序到 DDR 存储器
• 交接给second stage bootloader或 bare-metal 应用程序

​ Stage 2: Second stage bootloader 是可选项，一般是在跑系统的情况下使用，比如 linux 系统的uboot ，在这里不再介绍，后面会使用 petalinux 工具制作 linux 系统。

2.1 生成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。

1）新建一个名为 fsbl 的 APP ，特别注意硬件平台选择最新的那个，模板选择 Zynq FSBL。

添加调试宏定义 FSBL_DEBUG_INFO ，可以在启动输出 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，黑金的教程上说 SDK 默认会自动编译，生成 fsbl.elf 文件。但是实际上我看并没有生成fsbl.elf。

因此，完成上述操作后，还是要右键fsbl project，然后 ” Build Project“，才会生成fsbl.elf，同样的hello project最好在编辑完成后最好手动” Build Project“。

可以看一下 fsbl 里包含了很多外设的文件，包括 ps7_init.c ,nand ,nor ,qspi ,sd 等，在 fsbl的 main.c 中，第一个运行的函数就是 ps7_init ，至于后面的工作，大家可以再仔细读读代码。当然这个 fsbl 模板也是可以修改的，至于怎么修改根据自己的需求来做。

2.2 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 列表中有要合成的文件，第一个文件一定是 bootloader 文件，就是上面生成的 fsbl.elf 文件，第二个文件是 FPGA 配置文件 bitstream ，在本实验中由于没有 FPGA的 bitstream ，不需要添加，第 三个是应用程序，在本实验中为 hello.elf ，由于没有 bitstream在本实验中只添加 bootloader 和应用程序。点击 Create Image 生成 。

2.3 SD卡启动测试

1）格式化 SD 卡，只能格式化为 FAT32 格式，其他格式无法启动

2）放入 BOOT.bin 文件，放在根目录

3）SD 卡插入开发板的 SD 卡插槽，启动模式调整为 SD 卡启动

4）打开 putty 软件，上电启动，即可看到打印信息，红色框为 FSBL 启动信息，黄色箭头部分为执行的应用程序 helloworld

2.4 QSPI启动测试

注意： 使用QSPI启动烧录，需要设置，启动模式为JTAG，否则无法烧录。烧录时设置为JTAG，烧录完成启动还需要设置为QSPI。

1. 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 选择芯驿电子定制的特别版本 fsbl.elf ，只有用这个 fsbl 才能烧写。选择Verify after flash，在烧写完成后校验 flash。

注意：
如果使用 Vi vado 2019.1 及以后版本就不需要这个定制的 fsbl ，用自己生成的 fsbl 即可。

2. 设置启动模式为 QSPI ，再次启动，可以在 putty 里看到与 SD 同样的启动效果。

2.5 Vivado 下烧录QSPI

1. 在 HARDWARE MANGER 下选择器件，右键 Add Configuration Memory Device

2. 选择尝试Winbond ，类型选择qspi，宽度选择x4 single，这时候出现 w25q128 ，选择红框型号，开发板使用 w25q256 ，但是不影响烧录。

3. 选择要烧写的文件和fsbl文件，就可以烧写了，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.

   即：Vivado中烧录的文件也是在SDK里的APP生成的 BOOT Image。

点击OK后，出现：

所以，同样的烧录QSPI还是建议将ZYNQ的启动模式设置为JTAG。（！！！）烧录时设置为JTAG，烧录完成启动还需要设置为QSPI。

如果启动模式是QSPI，可能生效，也可能会失败。

2.6 使用批处理文件快速烧写QSPI

1. 新建一个 program_qspi.txt 文本文件，扩展名改为 bat, 内容填写如下，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，C:\Xilinx\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（芯驿电子特定文件）， blank_check verify 为校验选项。

set XIL_CSE_ZYNQ_DISPLAY_UBOOT_MESSAGES=1 
call C:\Xilinx\SDK\2017.4\bin\program_flash -f BOOT.bin -fsbl zynq_fsbl_flash.elf -offset 0 -flash_type qspi_single -blank_check -verify 
pause

2. 把要烧录的 BOOT.bin 、 fsbl 、 bat 文件放在一个文件夹目录下

3. 插上 JTAG 线后上电，双击 bat 文件即可烧写 flash 。

注：这里ZYNQ的启动模式，只能设置为QSPI，使用JTAG的话会出错。

3. 仅有PL端逻辑的固化

有很多人会问，如果只有PL 端的逻辑，不需要 PS 端该怎么固化程序呢？不带 ARM 的 FPGA固化是没问题的，但是对于 ZYNQ 来说，必须要有 PS 端的配合才能固化程序。那么对于前面的 ”PL”的 “Hello World ”，”LED “实验 该 怎么固化程序呢？

1. 根据本章的 PS 端添加 ZYNQ 核并配置，最简单的方法就是在本章工程的基础上添加 LED 实验的 verilog 源文件，并进行例化，组成一个系统，并需要生成 bitstream 。

2. 生成 bitstream 之后，导出硬件，选择 include bitstream

3. 在生成 BOOT.BIN 时，还是需要一个 app 工程 hello ，仅仅是为了生成 BOOT.BIN， Boot Image Partitions 的文件顺序是fsbl 、 bi tstream 、 app，注意顺序不要颠倒，利用这样生成的 BOOT.BIN就可以按照前面的启动方式测试启动了。