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Zynq-7000 SoC(System on Chip)是一种集成了ARM Cortex-A9处理器和FPGA架构的混合型芯片。启动配置流程涉及从非易失性存储器加载启动映像,并初始化处理系统(PS)和可编程逻辑(PL)。以下是Zynq启动配置流程的详细步骤。

1. 启动模式选择

Zynq-7000 SoC支持多种启动模式,包括:

  • QSPI Flash
  • NAND Flash
  • SD卡
  • JTAG
  • NOR Flash

启动模式通过芯片的启动模式引脚(BOOT_MODE pins)来选择。这些引脚的状态决定了启动模式。例如:

  • BOOT_MODE[1:0] = 00:QSPI Flash
  • BOOT_MODE[1:0] = 01:NAND Flash
  • BOOT_MODE[1:0] = 10:SD卡
  • BOOT_MODE[1:0] = 11:JTAG

2. 启动映像的生成

启动映像包括FSBL(First Stage Boot Loader)、U-Boot、内核镜像、设备树和根文件系统等。以下是生成启动映像的主要步骤。

2.1. 生成FSBL

  1. 打开Xilinx SDK:使用Vivado生成硬件设计并导出到Xilinx SDK。
  2. 创建FSBL工程:
    • 打开Xilinx SDK,选择File > New > Application Project。
    • 输入工程名称,选择目标硬件平台。
    • 选择Zynq FSBL模板,完成FSBL工程创建。
  3. 编译FSBL:
    • 右键点击FSBL工程,选择Build Project,生成FSBL可执行文件。

2.2. 生成其他启动组件

  1. U-Boot:获取和编译U-Boot。
    • 从Xilinx GitHub仓库或官网获取U-Boot源代码。
    • 配置并编译U-Boot以生成适合Zynq的启动映像(u-boot.elf或u-boot.bin)。
  2. 内核镜像和设备树:
    • 获取和编译适合Zynq的Linux内核。
    • 生成内核镜像(如uImage)和设备树二进制文件(.dtb)。
  3. 根文件系统:
    • 准备根文件系统(如initramfs或基于文件系统的rootfs)。

3. 生成启动映像(BOOT.BIN)

使用Xilinx SDK或Bootgen工具生成启动映像(BOOT.BIN)。

  1. 打开Xilinx SDK。
  2. 创建启动映像:
    • 选择Xilinx Tools > Create Boot Image。
    • 在创建启动映像对话框中,添加各个组件:
      • FSBL(fsbl.elf)
      • FPGA bitstream(optional,system.bit)
      • U-Boot(u-boot.elf或u-boot.bin)
    • 配置输出文件名称和路径,如BOOT.BIN。
  3. 生成BOOT.BIN:点击Create Image按钮,生成BOOT.BIN文件。

4. 配置和加载启动映像

将生成的启动映像(BOOT.BIN)和其他必要文件(如内核镜像、设备树、根文件系统)加载到指定的非易失性存储器中。

4.1. SD卡启动

  1. 格式化SD卡为FAT32文件系统。
  2. 将BOOT.BIN、uImage、devicetree.dtb和rootfs拷贝到SD卡的根目录。

4.2. QSPI Flash启动

  1. 使用JTAG或其他编程工具,将BOOT.BIN编程到QSPI Flash的指定地址。
  2. 将内核镜像和其他文件存储到适当的存储介质(如SD卡或NAND Flash)。

5. 启动过程

  1. 上电或复位:上电或按下复位按钮,Zynq开始启动。
  2. 读取启动模式:PS从BOOT_MODE引脚读取启动模式配置。
  3. 加载FSBL:根据启动模式,从指定存储介质加载FSBL到OCM(On-Chip Memory)并执行。
  4. FSBL初始化:
    • 初始化PS(如DDR、时钟、外设等)。
    • 可选地配置PL部分。
    • 加载并启动第二阶段启动加载器(如U-Boot)。
  5. U-Boot加载:
    • 初始化基本硬件。
    • 加载内核镜像、设备树和根文件系统。
  6. 启动内核:U-Boot加载并启动Linux内核或其他操作系统。

6. 验证启动

确保系统正常启动后,进行以下验证:

  1. 检查串口输出:连接到Zynq的串口控制台,观察启动日志。
  2. 验证各个阶段:确认FSBL、U-Boot和内核的启动过程。
  3. 检查外设:验证各个外设(如以太网、USB、GPIO等)是否正常工作。
  4. 文件系统:验证根文件系统是否正确挂载和工作。

通过上述步骤,您可以成功配置和启动Zynq-7000 SoC,并实现从多种存储介质的启动。根据具体项目需求,选择适当的启动模式和配置方法,确保系统稳定可靠地启动和运行。

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