ZYNQ Ultrascale+ MPSOC FPGA教程

　　1.Vitis调试；
　　2.创建Application工程；
　　1）新建一个文件夹，将vivado导出的xx.xsa文件拷贝进来；
　　2）Vitis是独立的软件，可以双击Vitis软件打开；
　　
　　也可以通过在Vivado软件中选择ToolsLaunch Vitis打开Vitis软件
　　
　　选择之前新建的文件夹，点击”Launch”
　　
　　3）启动Vitis之后界面如下，点击“Create Application Project”，这个选项会生成APP工程以及Platfrom工程，Platform工程类似于以前版本的hardware platform，包含了硬件支持的相关文件以及BSP。
　　
　　4）第一页为介绍页，直接跳过，点击Next
　　
　　5）选择“Create a new platform from hardware（XSA）”，选择“Browse”
　　
　　选择之前生成的xsa，点击打开
　　

　　6）最下面的Generate boot components选项，如果勾选上，软件会自动生成f***l工程，我们一般选择默认勾选上。
　　
　　7）填入APP工程名称，在方框处点击可以选择对应的处理器，我们这里保持默认
　　
　　8）在这个界面可以修改Domain名称，选择操作系统，ARM架构等，这里保持默认，操作系统选择standalone，也就是裸机。
　　
　　9）选择”Hellow World”模板，点击“Finish”完成
　　
　　10）完成之后可以看到生成了两个工程，一个是硬件平台工程，即之前所说的Platfrom工程，一个是APP工程
　　

　　11）展开Platform工程后可以看到里面包含有BSP工程，以及zynq_f***l工程（此工程即选择Generate boot components之后的结果），双击platform.spr即可看到Platform对应生成的BSP工程，可以在这里对BSP进行配置。软件开发人员比较清楚，BSP也就是Board Support Package板级支持包的意思，里面包含了开发所需要的驱动文件，用于应用程序开发。可以看到Platform下有多个BSP，这是跟以往的SDK软件不一样的，其中zynqmp_f***l即是f***l的BSP，domain_psu_cortexa53_0即是APP工程的BSP。也可以在Platform里添加BSP，在以后的例程中再讲。
　　
　　12）点开BSP，即可看到工程带有的外设驱动，其中Documentation是xilinx提供的驱动的说明文档，Import Examples是xilinx提供的example工程，加快学习。
　　
　　13）选中APP工程，右键Build Project，或者点击菜单栏的“锤子”按键，进行工程编译
　　
　　14）可以在Console看到编译过程
　　
　　编译结束，生成elf文件
　　
　　15）连接JTAG线到开发板、UART的USB线到PC

　　16）使用PuTTY软件做为串口终端调试工具，PuTTY是一个免安装的小软件
　　
　　17）选择Serial，Serial line填写COM3，Speed填写115200，COM3串口号根据设备管理器里显示的填写，点击“Open”
　　
　　18）在上电之前最好将开发板的启动模式设置到JTAG模式，拔到”ON”的位置
　　
　　19）给开发板上电，准备运行程序，开发板出厂时带有程序，这里可以把运行模式选择JTAG模式，然后重新上电。选择“hello”，右键，可以看到很多选项，本实验要用到这里的“Run as”，就是把程序运行起来，“Run as”里又有很对选项，选择第一个“Launch on Hardware（Single Application Debug）”，使用系统调试，直接运行程序。
　　
　　20）这个时候观察串口软件，即可以看到输出”Hello World”
　　

　　21）为了保证系统的可靠调试，最好是右键“Run As -》 Run Configuration.。.”
　　
　　22）我们可以看一下里面的配置，其中Reset entire system是默认选中的，这是跟以前的SDK软件不同的。如果系统中还有PL设计，还必须选择“Program FPGA”。
　　
　　23）除了“Run As”，还可以“Debug As”，这样可以设置断点，单步运行
　　
　　24）进入Debug模式
　　
　　25）和其他C语言开发IDE一样，可以逐步运行、设置断点等
　　

　　26）右上角可以切换IDE模式
　　

　　固化程序
　　普通的FPGA一般是可以从flash启动，或者被动加载，ZYNQ的启动是由ARM主导的，包括FPGA程序的加载，ZYNQ MPSoC启动一般为三个步骤，在UG1085中也有介绍：
　　Pre-configuration satge ：预加载阶段由PMU控制，执行PMU ROM中的代码设置系统。PMU处理所有的复位和唤醒过程。
　　Configuration stage ： 接下来进入最重要的一步，当BootRom（CSU ROM代码的一部分）搬运FSBL到OCM后，处理器开始执行FSBL代码，FSBL主要有以下几个作用：
　　初始化PS端配置，MIO，PLL，DDR，QSPI，SD等
　　如果有PL端程序，加载PL端bitstream
　　搬运用户程序到DDR，并跳转执行
　　Post-configuration stage ： FSBL开始执行后，CSU ROM代码进入post-configuration阶段，负责起系统干预响应，CSU为验证文件正确性、通过PCAP加载PL、存储管理安全密钥、解密等提供持续的硬件支持。
　　3.1 生成FSBL
　　FSBL是一个二级引导程序，完成MIO的分配、时钟、PLL、DDR控制器初始化、SD、QSPI控制器初始化，通过启动模式查找bitstream配置FPGA，然后搜索用户程序加载到DDR，最后交接给应用程序执行。
　　1） 由于在新建时选择了Generate boot components选项，所以Platform已经导入了f***l的工程，并生成了相应的elf文件。
　　
　　2） 修改调试宏定义FSBL_DEBUG_INFO_VAL，可以在启动输出FSBL的一些状态信息，有利于调试，但是会导致启动时间变长。保存文件。可以看一下f***l里包含了很多外设的文件，包括psu_init.c，qspi，sd等，大家可以再仔细读读代码。当然这个f***l模板也是可以修改的，至于怎么修改根据自己的需求来做。
　　
　　3） 重新Build Project
　　
　　4） 接下来我们可以点击APP工程的system，右键选择Build project
　　
　　5） 这个时候就会多出一个Debug文件夹，生成了对应的BOOT.BIN
　　
　　6） 还有一种方法就是，点击APP工程的system右键选择Creat Boot Image，弹出的窗口中可以看到生成的BIF文件路径，BIF文件是生成BOOT文件的配置文件，还有生成的BOOT.bin文件路径，BOOT.bin文件是我们需要的启动文件，可以放到SD卡启动，也可以烧写到QSPI Flash。
　　
　　
　　7） 在Boot image partitions列表中有要合成的文件，第一个文件一定是bootloader文件，就是上面生成的f***l.elf文件，第二个文件是FPGA配置文件bitstream，在本实验中由于没有FPGA的bitstream，不需要添加，第三个是应用程序，在本实验中为hello.elf，由于没有bitstream，在本实验中只添加bootloader和应用程序。点击Create Image生成。
　　
　　8） 在生成的目录下可以找到BOOT.bin文件
　　

　　SD卡启动测试
　　1） 格式化SD卡，只能格式化为FAT32格式，其他格式无法启动
　　
　　2） 放入BOOT.bin文件，放在根目录
　　
　　3） SD卡插入开发板的SD卡插槽
　　4） 启动模式调整为SD卡启动
　　
　　5） 打开串口软件，上电启动，即可看到打印信息，红色框为FSBL启动信息，黄色箭头部分为执行的应用程序helloworld
　　

　　QSPI启动测试
　　1） 在Vitis菜单Xilinx -》 Program Flash
　　
　　2） Hardware Platform选择最新的，Image FIle文件选择要烧写的BOOT.bin，FSBL file选择f***l.elf。选择Verify after flash，在烧写完成后校验flash。
　　
　　3） 点击Program等待烧写完成
　　
　　4） 设置启动模式为QSPI，再次启动，可以在串口软件里看到与SD同样的启动效果。
　　
　　

　　Vivado下烧写QSPI
　　1） 在HARDWARE MANGER下选择器件，右键Add Configuration Memory Device
　　
　　2） 选择尝试Micron，类型选择qspi，宽度选择x4-single，Density选择256，这时候出现wt25qu256，选择红框型号。
　　
　　3） 右键选择编程文件
　　
　　4） 选择要烧写的文件和f***l文件，就可以烧写了，如果烧写时不是JTAG启动模式，软件会给出一个警告，所以建议烧写QSPI的时候设置到JTAG启动模式
　　

　　使用批处理文件快速烧写QSPI
　　1） 新建一个program_qspi.txt文本文件，扩展名改为bat，内容填写如下，
　　E：XilinxVitisVitis2020.1binprogram_flash 为我们工具路径，按照安装路径适当修改，-f 为要烧写的文件，-f***l为要烧写使用的f***l文件，-verify为校验选项。
　　callE：XilinxVitisVitis2020.1binprogram_flash -f BOOT.bin -offset 0 -flash_type qspi-x4-single -f***l f***l.elf -verifypause
　　2） 把要烧录的BOOT.bin、f***l、bat文件放在一起
　　
　　3） 插上JTAG线后上电，双击bat文件即可烧写flash。
　　

　　常见问题
　　4.1 仅有PL端逻辑的固化
　　有很多人会问，如果只有PL端的逻辑，不需要PS端该怎么固化程序呢？不带ARM的FPGA固化是没问题的，但是对于ZYNQ来说，必须要有PS端的配合才能固化程序。那么对于前面的”PL的“Hello World”LED实验”该怎么固化程序呢？
　　1） 根据本章的PS端添加ZYNQ核并配置，最简单的方法就是在本章工程的基础上添加LED实验的verilog源文件，并进行例化，组成一个系统，并需要生成bitstream。
　　
　　
　　2） 生成bitstream之后，导出硬件，选择include bitstream
　　
　　3） 在生成BOOT.BIN时，还是需要一个app工程hello，仅仅是为了生成BOOT.BIN，默认情况下在system右键Build Project，即可生成包含bitstream的BOOT.BIN。
　　
　　打开Create Boot Image界面可以看到，Boot Image Partitions的文件顺序是f***l、bitstream、app，注意顺序不要颠倒，利用这样生成的BOOT.BIN就可以按照前面的启动方式测试启动了
　　
　　在course_s2文件夹，我们提供了一个名为led_qspi_sd的工程，大家可以参考。

　　使用技巧分享
　　在频繁的修改源文件，并进行编译的时候，最好选择APP工程进行Build Project，这种情况下只会生成elf文件。
　　
　　如果想生成BOOT.BIN文件，可以选择system进行编译，这种情况既会生成elf也会生成BOOT.BIN，笔者最开始用的时候就吃过亏，每次编译都是选择system，结果每次都要等待生成BOOT.BIN，浪费时间，大家可以注意一下。
　　

　　本章从FPGA工程师和软件工程师两者角度出发，介绍了ZYNQ开发的经典流程，FPGA工程师的主要工作是搭建好硬件平台，提供硬件描述文件hdf给软件工程师，软件工程师在此基础上开发应用程序。本章是一个简单的例子介绍了FPGA和软件工程师协同工作，后续还会牵涉到PS与PL之间的联合调试，较为复杂，也是ZYNQ开发的核心部分。
　　同时也介绍了FSBL，启动文件的制作，SD卡启动方式，QSPI下载及启动方式，Vivado下载BOOT.BIN方式，本章没有FPGA加载文件，后面的应用中会再介绍添加FPGA加载文件制作BOOT.BIN。
　　后续的工程都会以本章节的配置为准，后面不再介绍ZYNQ的基本配置。