【分享】Zynq-7000 XIP 2018.3,在QSPI Flash中运行程序

作者:付汉杰,hankf@xilinx.com,文章转载自:博客园

有些应用中,单板没有DDR,OCM又不够存储所有数据和指令。这种情况下,Xilinx提供了参考设计Zynq-7000 AP SoC Boot - Booting and Running Without External Memory,把代码和只读数据放在QSPI Flash中运行程序,这就是execute in place (XIP)。

上述XIP参考设计工作正常,但是最新只更新到了Vivado/SDK 2017.3,显得有点老旧,不匹配大部分应用中的工具版本。另外,上述XIP参考设计难于理解,也难于移植到其它单板。旧版本XIP参考设计的缺点。

1. XIP参考设计工具版本旧。
2. XIP参考设计改动的文件很多。
3. XIP的相关代码没有单独标示出来。
4. 有些改动还在BSP工程里,重新生成BSP工程,会被覆盖。

为了便于使用,把XIP参考设计更新到Vivado/SDK 2018.3,并减少特殊文件,使用宏DDRLESS_XIP_SYSTEM包含所有XIP代码。改动后,所有与XIP相关的文件在FSBL或者Application的工程src目录下。所以SDK 2018.3版XIP参考设计具有以下优点。

1. XIP参考设计工具版本新。
2. XIP参考设计改动的文件更少。
3. XIP的相关代码单独标示。
4. 便于移植2018.3版XIP参考设计到其它单板。
5. 便于移植2018.3版XIP参考设计到其它工具版本。

1.1. Vivado 工程
Zynq-7000 AP SoC Boot - Booting and Running Without External Memory提供了TCL脚本project.tcl、system_top.tcl,用于恢复硬件工程。

把其中的版本号,从2017.3改为2018.3后,可以使用Vivado 2018.3执行project.tcl创建工程。
但是恢复出来的硬件工程,仍然是使能了DDR控制器。建议在Vivado工程里禁止DDR控制器后,再编译硬件工程,导出HDF文件。

1.2. FSBL

FSBL 更改的文件如下:

fsbl.h
fsbl_handoff.S
fsbl_hooks.c
fsbl_hooks.h
image_mover.c
image_mover.h
lscript.ld
main.c
pcap.c
pcap.h
qspi.c
qspi.h
translation_table.S
xil_exception.c
上述文件都放在FSBL工程的src目录下。
引用的BSP工程,是普通FSBL工程的BSP工程。

请在FSBL工程里设置里,定义宏FSBL_DEBUG_INFO,DDRLESS_XIP_SYSTEM 。

1.3. C语言Application

C语言Application更改的文件如下:

Application.c
lscript.ld
startup.s
TimerApp.c
xil_exception.c
上述文件都放在C语言Application工程的src目录下。
引用的BSP工程,是普通Application工程的BSP工程。

1.4. C++语言Application

C++语言Application更改的文件如下:

app.cc
copyRO.cc
cpu_init.S
lscript.ld
startup.s
xil_exception.c
上述文件都放在C++语言Application工程的src目录下。
引用的BSP工程,是普通Application工程的BSP工程。

1.5. 启动文件

制作启动文件时,必须声明FSBL在Flash里执行,也就是xip_mode;也必须指定各个部分在Flash的地址,它对应软件的软的链接脚本一致。

FSBL的链接脚本指定了FSBL占用Flash的位置从0x2000开始,所以启动文件的bootgen.bif也指定FSBL从Flash的0x2000开始。
应用程序的链接脚本指定了FSBL占用Flash的位置从0x700000开始,所以启动文件的bootgen.bif也指定应用程序从Flash的0x700000开始。

1.5.1. 启动文件的bootgen.bif

//arch = zynq; split = false; format = BIN
the_ROM_image:
{
[bootloader, xip_mode, offset = 0x2000]C:\prj\fsbl_xip_v183.elf
[offset = 0x200000]C:\prj\design_noddr_wrapper.bit
[offset = 0x700000]C:\prj\\Application.elf
}

1.5.2. 常见错误

在SDK里,重新指定文件名后,xip_mode会被删除。即使指定Application的ELF文件,FSBL的xip_mode属性也会被删除。如果在FSBL没有xip_mode属性的情况下直接制作启动文件,烧写后FSBL无法启动,即使定义了FSBL_DEBUG_INFO,也不会有任何打印。在重新指定文件名后,用文本编辑器打开对应的.bif文件,添加xip_mode属性,再创建启动文件,才能正常启动。

1.6. 已知问题

1.6.1. 调试

XIP模式的代码,无法单步调试。
调试器下载代码时,会按ELF中的地址下载。调试器假设代码使用的存储器是DDR。因为指令和只读数据在Flash里,所以无法下载。单步调试时,会修改指令,由于指令在Flash里,也无法修改。

1.6.2. FSBL编译错误

编译FSBL出现下列错误,可以忽略:

ld.exe: FSBL_XIP.elf: section `.data' can't be allocated in segment 0
1.6.3. C++语言Application编译错误

编译C++语言Application出现下列错误,可以忽略:

ld.exe: Application_Cpp.elf: section `.data' can't be allocated in segment 0

1.6.4. 烧写Flash

烧写Flash的时候必须指定一个FSBL文件。为了初始化单板,烧写Flash前必须运行这个FSBL,它要初始化QSPI等。因此必须修改FSBL的main.c,使其在没有DDR基地址情况下,只是不执行DDR相关操作,继续初始化devcfg、QSPI等模块。具体请参考SDK 2018.3烧写没有DDR的单板的Flash

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