作者：Hello，Panda
一般而言，Xilinx Microblaze會被用來在系統中做一些控制類和簡單接口的輔助性工作，比如運行IIC、SPI、UART之類的低速接口驅動，對FPGA邏輯功能模塊初始化配置及做些輔助計算等等。類程序的代碼量普遍不大，常常在十幾KB到幾時KB之間，因此對存儲的需求通常也不是太高，使用FPGA內部RAM資源便已經夠用。那么，當Microblaze需要運行文件系統、USBHCD、網絡協議棧甚至是操作系統時，代碼量可能會高達幾MB甚至是幾十MB的規模，此時程序就必須在外部存儲器運行了。本文以將外部QSPIFlash中存儲的鏡像加載到外部DDR為例，講一講Microblaze Bootloader的實現方法。
1.Microblaze Bootloader
Microblaze的工作原理和所有的通用處理器一樣，這里不用贅述。我們一般情況下會將.elf代碼、FPGA bit文件和.imm RAM初始化文件合成一個download.bit文件燒寫到外部Flash中去。這里.elf的可執行代碼就變成了FPGA Block RAM的初始化值，復位釋放后即可執行。想必聊到這里大家就已經明白Microblaze Bootloader該如何實現了：在有限空間的BlockRAM里面執行一小段代碼，負責初始化必要的外設並將Flash里面的其他代碼搬運到外部存儲器中執行。這種原理和所有的通用處理器是類似的，這里的Block RAM就相當於是ARM之類通用處理器的片上RAM（OCM）資源，執行的這一小段代碼就相當於第一季BootLoader（FSBL）。
以下所有的示例都是在Xilinx XC7K325 FPGA上進行驗證。開發環境為Vivado2015.2。硬件平台包含一片256Mbit（32M字節）的Spansion QSPI Flash，一片海力士16bit位寬的容量為512MB的DDR3。
2.搭建FPGA硬件
要驗證這個系統,必須要有①Microblaze②DDR Mig③Cache RAM④中斷控制器⑤QSPI Flash IP核⑥總線相關的AXIInterconnect⑦串口輸出調試信息等協同工作才行(工程頂層結構見附件)。
這里需要特別說明的是QSPI Flash的配置,如圖1所示.AXI接口的XIP模式和Performace模式采用AXI Full接口,可以獲得更高的帶寬和方便使用DMA,這里使用最基本的AXI Lite接口。
圖1 QSPI IP核參數配置
需要注意的地方有兩點:
① ext_spi_clk:在QSPI模式下這個時鍾的兩分頻就是給SPI Flash的訪問時鍾,因此這個時鍾要根據QSPI Flash的參數設置到合理值;
② STARTUPE2原語:如果外部的Flash掛在FPGA的專用配置管腳上就要使能該原語，使用普通IO則不能使能。
3. 創建Microblaze Bootloader
以下介紹如何在SDK中創建Microblaze Bootloader的方法。
第一步：創建基於SPI Flash的serc SPI Bootloader，如下圖2所示。
圖2 創建serc spi bootloader
第二步：修改xilisf庫，serial_flash_family=5選擇Spansion 系列QSPI Flash， serial_flash_interface=1選擇AXI 接口，如圖3所示。
圖3 修改xilisf庫參數
第三步：修改存儲應用程序的Flash偏移量，如圖4所示。
圖4 修改存儲應用程序的Flash偏移量
當前示例選用的FPGA bit文件約為10.5MB，因此偏移量選擇12MB，需要根據實際FPGA容量進行調整。
第四步：確認serc spi bootloader鏈接腳本均在內部RAM空間，應用app工程的鏈接腳本都指向外部DDR。
到此為止serc spi bootloader工程創建完畢。
4. 燒寫Flash
燒寫Flash分成兩個部分，一個是bit文件，一個是應用程序的serc文件。
4.1 燒寫bit文件
燒寫bit文件，第一步需要將fpga bit和serc spi bootloader的elf文件先合成，如圖5所示，點擊編程，默認合成的文件命名為download.bit。如果擅長使用命令行，也可以用updatemem命令手動生成。
圖5 編程生成bit文件
第二步是燒寫生成的download.bit文件到flash，這里不再多說，注意flash的偏移地址為0x00即可。
4.2 燒寫應用程序serc
實際上應用程序燒進flash的是serc文件，該文件可以燒寫到特殊的偏移位置。如圖6所示，如果需要用其它工具燒寫，也可使用命令mb-objcopy手動轉換.elf文件為serc文件。
圖6 燒寫應用程序到特定偏移地址
5. 總結
Microblaze Bootloader在Microblaze運行大中型軟件的系統中是必須的，希望本文能起到拋磚引玉的作用。如有任何問題或心得都可加入QQ討論群300148644交流。
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