[分享] Zynq-7000 XIP 2018.3，在QSPI Flash中运行程序

 

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:prjfsbl_xip_v183.elf
	[offset = 0x200000]C:prjdesign_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。