ZYNQ启动

### ZYNQ 启动流程概述 ZYNQ 系列芯片由 Xilinx 推出，是一款将 ARM 处理系统（Processing System, PS）与可编程逻辑（Programmable Logic, PL）紧密结合的 SoC（System on Chip），其启动过程具有高度的灵活性和复杂性。ZYNQ 的启动流程主要分为以下几个阶段： #### 1. **BootROM 阶段** ZYNQ 启动的第一步是执行固化在芯片内部的 BootROM 代码。该代码负责根据启动模式选择器（如拨码开关或配置引脚）确定启动设备（如 SD 卡、QSPI Flash、NAND Flash 或 JTAG）。BootROM 还会加载第一阶段引导程序 FSBL（First Stage Boot Loader）到片上内存 OCM（On-Chip Memory）中并执行它。 FSBL 是用户编写的第一个可执行镜像，通常使用 Xilinx SDK 工具创建。它负责初始化 PS 端的基本硬件环境，例如时钟、DDR 控制器等，并为后续阶段准备运行条件[^2]。 #### 2. **FSBL 阶段** FSBL 主要完成以下任务： - 初始化 PS 端的时钟、GPIO、串口等基本外设。 - 初始化 DDR 控制器以访问外部内存。 - 加载比特流文件（bitstream）到 PL 端，实现 FPGA 的配置。 - 加载第二阶段引导程序 SSBL（Second Stage Boot Loader），通常是 U-Boot 或裸机应用程序。 在某些应用场景下，FSBL 还可以加载 Linux 内核镜像或 RTOS 到内存中，直接跳转执行[^4]。 #### 3. **SSBL 阶段** 如果系统需要运行操作系统（如 Linux），则通常在此阶段引入 U-Boot 作为 SSBL。U-Boot 负责进一步初始化硬件环境、加载内核镜像（Image）、设备树（Device Tree Blob）以及根文件系统（rootfs），最终启动 Linux 内核。 对于裸机应用，SSBL 可能是一个简单的应用程序或测试代码，用于验证系统功能[^3]。 #### 4. **操作系统启动阶段** 当使用 Linux 操作系统时，在 U-Boot 完成加载后，Linux 内核开始接管系统控制权。内核初始化 CPU、内存管理子系统、调度器等核心组件，并挂载根文件系统，启动 init 进程，进入用户空间[^4]。 --- ### 常见 ZYNQ 启动问题及解决方法 #### 1. **无法从指定设备启动** 可能原因包括启动模式设置错误、启动设备未正确插入或格式化不当。建议检查拨码开关状态是否匹配预期启动模式，确认 SD 卡或 QSPI Flash 中存在有效的启动镜像（BOOT.bin）[^2]。 #### 2. **FSBL 执行失败** FSBL 未能正确初始化 DDR 或加载比特流可能导致启动失败。可通过串口输出查看调试信息，确认具体出错位置。此外，确保生成的 FSBL 与硬件设计一致（如 MIO 设置、时钟配置等）[^4]。 #### 3. **PL 配置失败** 若比特流加载失败，可能是由于 PL 电源未正确上电、配置引脚异常或比特流版本不兼容。建议使用 Vivado 查看 PL 配置日志，检查是否有错误提示。同时确保 FSBL 中启用了 PL 初始化流程[^1]。 #### 4. **U-Boot 无法启动** U-Boot 启动失败常见于设备树配置错误、内核镜像损坏或内存地址设置不当。应检查 U-Boot 的加载地址是否与设备树和内核镜像的链接脚本一致。此外，使用 TFTP 或 NFS 启动可快速定位问题来源[^3]。 --- ### 开发指南中的相关资源 《启明星ZYNQ之FPGA开发指南-V2.0》详细介绍了 ZYNQ 平台的启动流程，包括如何构建 FSBL、加载比特流及配置 U-Boot。该指南还提供了多个实验案例，帮助开发者逐步掌握 ZYNQ 启动过程的关键步骤[^2]。 对于希望深入了解 Linux 启动流程的开发者，《zynq Linux程序开发》文档提供了从生成 HDL 文件到最终启动 Linux 内核的完整流程说明[^4]。 --- ### 示例：生成 BOOT.bin 文件 以下是使用 Xilinx SDK 生成 BOOT.bin 文件的基本步骤： ```bash # 假设已经生成了 fsbl.elf、system.bit 和 uImage bootgen -arch zynq -image boot.bif -o BOOT.bin ``` 其中 `boot.bif` 文件内容如下： ``` the_ROM_image: { [bootloader]fsbl.elf system.bit uImage } ``` 此命令将 FSBL、比特流和 Linux 内核打包成一个完整的启动镜像文件 `BOOT.bin`，可用于烧写到 SD 卡或 QSPI Flash 中[^4]。 ---