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0 前言
本文主要参考博主Cs-Kapok的博文 Zynq的启动与配置过程详解
1 FSBL简介
在Zynq上运行程序的时候，加载过程中肯定需要用到一个文件，那就是FSBL。FSBL的全称为First Stage Boot Loader，从字面上就能够看出这是Zynq启动第一阶段的引导加载程序，经过了FSBL这一阶段，后面系统才能够运行裸奔程序或者是引导操作系统的u-boot。启动过程如下图所示：
在上图中，Boot Rom是直接固化在Zynq硬件中的，开发者无法更改，fsbl.elf可以在Xilinx的SDK中进行修改。
2 Zynq的JTAG配置过程
初学 Zynq 的时候，我相信大家应该和我一样，开发过程主要经过以下几个步骤：
1. 打开Vivado开发工具
2. 配置PS
3. 开发PL
4. 生成比特流文件（.bit）
5. 导出文件（包括PS部分配置和PL部分比特流）
6. 打开SDK开发工具
7. 开发软件应用程序
8. 将PL的比特流文件（.bit）和软件的可执行链接文件（.elf）下载到Zynq开发板中，进行调试和验证
Zynq的JTAG配置过程大致如下图所示：
如上图所示，这其实是刚接触Zynq软硬件设计时需要了解的最基本开发流程，也是PS和PL设计结合的完美体现。但是，上述开发的过程都有一个基本的前提，就是Zynq开发板是通过JTAG直接与电脑相连，然后实现程序的下载。从另一个角度来说，PS和PL的配置都可以认为是电脑主机通过JTAG完成的。但是，在实际中，Zynq开发板不可能实时与电脑连接，当JTAG不起作用时，Zynq芯片是怎样实现对自己的配置？这也是本文将要和大家共同讨论的问题。
3 Zynq的启动流程
在无JTAG的模式下，Zynq是通过片上CPU完成对芯片的配置，也就是PS和PL的配置是通过PS处理器 ARM核来实现的。
需要注意的是，与传统的Xilinx 7系列FPGA芯片不同，Zynq是不支持从PL端直接进行启动配置的，加载PL端的比特流文件必须要有PS端的配合。
Zynq的具体启动配置是分级进行的，一共可以分为3个阶段，可以用0~2来表示：
- Stage 0： BootROM 阶段
- Stage 1： FSBL（First Stage Boot loader）阶段
- Stage 2： SSBL（Second Stage Boot loader）阶段
3.1 Zynq启动阶段0 - BootROM
阶段0，又称为BootROM阶段：
- ROM（Read-Only Memory）是只读存储器的意思；
- Boot是引导的意思；
- BootROM从字面意思来看，就是只能被读取的引导存储器。
BootRom里存放了一段用户不可更改的代码且只有在JTAG模式下才执行的代码。在上电复位或者热复位之后，ARM处理器首先执行BootRom里的代码，执行过程包括：
- 第1步：读取MIO[6:2]引脚的配置情况，决定从何种外部存储设备中加载阶段1的FSBL；
- 第2步：对SD卡、NAND、NOR和QSPI Flash等外部存储设备进行初始化，从而使得ARM处理器能够成功访问并使用这些外设；
- 第3步：从外部存储设备读取阶段1的FSBL并加载到OCM中（OCM即On Chip Memory，是Zynq中ARM处理器的片上存储器，也叫片上内存）。
自此之后，阶段0的启动任务就算是圆满结束了，接下来就把控制权转移到阶段1。
3.2 Zynq启动阶段1 - FSBL
阶段1，又称为FSBL阶段，本阶段完成的任务是Zynq启动过程中的关键一环，可以分为以下4项：
- 完成 PS 的初始化
- 加载PL的比特流文件，完成PL配置；
- 加载SSBL或是ARM处理器的裸跑程序到DDR；
- 跳转执行SSBL或裸跑程序。
阶段1的整个思路还是非常清晰的，执行过程包括：
- 第1步：根据在Vivado工程中对PS端的配置，对PS端进行初始化，包括 DDR、MIO等；
- 第2步：将比特流文件（.bit）加载到PL端；
- 第3步：加载SSBL或裸跑程序（bare-metal program）到DDR内存中；其中，SSBL（Second Stage Boot Loader）是在Zynq需要运行操作系统时才进行加载；；
- 第4步：ARM处理器会跳转到DDR中执行所加载的程序。
如上所述，FSBL阶段的执行过程还是很好理解的，如下图所示：
3.3 Zynq启动阶段2 - SSBL
阶段2，又称为SSBL阶段，该阶段在Zynq的启动过程中是可选的一个阶段，在一些比较小型的程序中，如果不需要用到操作系统的话，那么Zynq的启动流程到FSBL阶段就足够了。
- SSBL是面向于需要运行操作系统的应用场合；
- SSBL是操作系统在启动过程中的引导程序boot loader。
对于Linux系统而言，Zynq的SSBL阶段和u-boot的作用是相同的；具体来说，SSBL的作用就是将Zynq所需要的操作系统加载到DDR内存中，如下图所示：