ZYNQ - 嵌入式Linux开发 -10- ZYNQ启动流程分析

2022-10-22 701

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简介： ZYNQ - 嵌入式Linux开发 -10- ZYNQ启动流程分析

FSBL启动准备工作

在静态情况下，Boot.BIN启动文件存放在SD卡或QSPI等存储介质中，然后Boot.BIN文件中已经包含了FSBL代码，也就是说FSBL代码已经集成在了Boot.BIN文件中，所以FSBL代码也是存放在Boot .BIN文件中。

如果要启动FSBL代码，就需要完成以下几件事情:

找到BOOT.BIN文件所在的位置。
从BOOT . BIN文件中找到FSBL代码。
找到之后将其拷贝到内存当中( ZYNQ片内RAM 256K字节大小)。
运行FSBL代码。

而以上这些事情由BootROM来去做。

BootROM

何为BootROM?

BootROM它是一个程序/代码，并且已经固话在ZYNQ芯片内部，用于启动的BOOT程序。BootROM代码存放片内ROM当中，所以叫做BootROM。因为ZYNQ内部包含256K RAM 以及128K ROM。所以BootROM代码可以固化在ROM当中，并且在掉电情况下不会丢失。

一般情况下，芯片内部的ROM都是Nor Flash。

NOR Flash 的特点是芯片内执行（XIP ，eXecute In Place），这样应用程序可以直接在Flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。

BootROM的作用与功能

BootROM的主要作用用于引导、启动FSBL代码。

它要完成引导、启动FSBL代码的这个任务需要完成以下几件事情（也就是前文提到的FSBL的启动准备工作）:

找到BOOT.BIN文件所在的位置。
从BOOT . BIN文件中找到FSBL代码.
找到之后将其拷贝到内存当中(ZYNQ片内RAM 256K字节大小)
运行FSBL代码。

为了支持上述的操作，所以BootROM程序需要支持以下功能。

包含了SD卡或者QSPI等存储设置的驱动程序。
BootROM代码支持文件系统操作，至少支持Fat 32这个文件系统。

对于ZYNQ平台的嵌入式Linux系统来说，Linux内核由U-Boot引导、启动；U-Boot由FSBL引导、启动；FSBL由ZYNQ片内BootROM引导、启动。

SD卡加载方式启动流程

在Sd卡启动方式下，BootROM代码的运行流程:

初始化MI0引脚，主要配置MIO引脚的物理特性配置寄存器；重点是将MIO40~MIO45复用为SD0外设所对应的CLK/CMD/DATA引脚。
初始化SD卡外设，驱动SD卡，可以实现sD卡读写操作。
对SD卡读写进行测试。
从SD卡文件系统当中读取BOOT. BIN文件，并对BootROM头进行解析。在BOOT.BIN文件前面有一段头部信息，这个头部信息是按照一-定的格式组组织在一起，在这个头部信息当中就包括了fsbl的加载地址、fsbl的大小以及fsbl在BOOT. BIN文件中的位置偏移量。BootROM代码能够解析这个头部信息
得到fsbl代码的大小和位置偏移量以及加载地址之后，BootROM代码就会从BOOT.BIN文件中。将fsbl代码拷贝到RAM内存中，并且跳转到fsbl代码的运行地址去启动fsbl。

自此，BootROM就成功启动了FSBL代码了。

QSPI加载方式启动流程

在QSPI启动方式下，BootROM代码的运行流程:

初始化MIO引脚，将相关的MIO引脚复用为QSPI外设所需的引脚功能。
初始化QSPI外设，驱动QSPI Flash设备，可以实现QSPI读写操作。
对QSPI进行读写测试。
从QSPI存储介质中读取BOOT. BIN文件，并对Boot ROM头进行解析。
得到fsbl代码的大小和位置偏移量以及加载地址之后，BootROM代码就会从BOOT.BIN文件中。将fsbl代码拷贝到RAM内存中，并且跳转到fsbl代码的运行地址去启动fsbl。

不同于SD卡的文件系统的搜索方式，在QSPI启动方式下，BootROM代码首先会从QSPI的0x000000地址去找BOOT . BIN文件，如果找不到那么就去下一个地址0x008000，如果还找不到他又会跳转到下一个地址0x10000，但是搜索范围不能超出QSPI的前面16MB地址空间。

BOOT.BIN头

BOOT.BIN头是BOOT.BIN文件前面的一段头部数据，并且这个头部数据是按照一定格式组织在一起的，并且该头部数据能够并BootROM代码所解析。

在BOOT.bin文件中从地址0-0x8FF可以分成17个部分，每个部分都有一定的含义。

0x000：中断向量表。
0x020：固定值0xaa995566（小端）。
0x024：固定值0x584c4e58 ASCII: XLNX。
0x028：如果是0xa5c3c5a3或者0x3a5c3c5a为加密的。
0x02C：BootROM头版本号，不用管。
0x030：此参数包含从有效bootrom头开始到fslb/用户代码映像所在位置的字节数，也就是 FSBL/用户代码的地址偏移量。该地址偏移量必须要大于等于0x8C0。
0x034：记录fsbl的长度，用于指导BootROM代码拷贝 fsbl 长度。
0x038：将FSBL拷贝到OCM的什么位置一般为0x0，加载地址，指导BootROM代码拷贝FSBL到RAM的哪个位置。
0x03C：FSBL在OCM中的运行地址一般定义为0x0，运行地址，指导BootROM代码跳转到RAM哪个地址去运行。
0x040：记录FSBL的长度。
0x044：为固定值0x01。
0x048：校验和（将Ox020-0x047之间的数据按32bit长度进行相加，并取反即可!若相加之后的数据大小超过32bit,则取低32bit 数据进行取反)。
0x04C-0x097：fsbl/用户代码自定义，不需要的话可以全部填充为0。
0x098：image header table位置偏移量。
0x09C：partition header table 的所在位置。
0x0A0-0x89F：寄存器初始化的参数。

0x8C0：FSBL、用户代码必须要等于或高于此地址。

简述通过BOOT.BIN头如何找到FSBL

BOOT.BIN头部信息当中记录了FSBL代码的位置、大小以及fsbl代码它在RAM内存中的加载地址。0x30地址记录了fsbl代码在BOOT.BIN文件中的位置偏移量，0x34记录了fsbl代码的长度，0x38记录了fsbl代码在SRAM中的加载地址，BootROM代码解析到这些信息之后，就会从FSBL代码的位置偏移量去读取0x34地址中记录的大小，然后把它拷贝到FSBL代码的加载地址中。最后跳转到0x3C地址中记录的FSBL的运行地址中去启动FSBL。