启动和配置

本章用于演示如何为 Versal™ ACAP 集成和加载引导加载程序、裸机应用(针对 APU/RPU)和 Linux 操作系统。本章将讨论下列主题:

  • 系统软件:PLM、Arm® 可信固件 (ATF)、U-Boot

  • 为独立应用生成启动镜像的步骤。

  • SD 启动的启动顺序以及 QSPI 和 OSPI 启动模式。

您可使用赛灵思 Vitis™ 软件平台和 PetaLinux 工具流程来实现这些配置。第 2 章:Versal ACAP CIPS 和 NoC (DDR) IP 核配置主要围绕如何在 PS 中为每个处理器单元创建软件块,而本章则解释如何在更大规模的系统中加载这些块。

系统软件

以下系统软件块适用于本章中的大部分启动和配置。

Platform Loader and Manager

Platform Loader and Manager (PLM) 软件在 Versal ACAP 的平台管理控制器 (PMC) 块中的某一专用处理器上运行。它负责启动和运行时间管理,包括器件的平台管理、错误管理、部分重配置以及子系统重新启动。PLM 可重新加载镜像,并可加载部分 PDI 和服务中断。PLM 会从启动源代码读取可编程器件镜像,PLM 软件可配置系统组件(包括 NoC 初始化、DDR 内存初始化、可编程逻辑和处理器系统),然后完成器件启动。

U-Boot

U-Boot 充当辅助启动加载器。在 PLM 交接后,U-Boot 会将 Linux 加载到 Arm A72 APU 上并基于开发板配置对处理器系统中的其余外设进行配置。U-Boot 可从不同存储器来源(如 eMMC、SATA、TFTP、SD 和 QSPI)访存镜像。U-Boot 可使用 PetaLinux 工具流程来进行配置和构建。

Arm 可信固件

Arm 可信固件 (ATF) 是透明的裸机应用层,在 APU 上的异常级别 3 (Exception Level 3, EL3) 中执行。ATF 包含安全监控 (Secure Monitor) 层,用于在安全环境和非安全环境之间进行切换。鉴于需调用 Secure Monitor 和实现“可信开发板启动要求 (Trusted Board Boot Requirements, TBBR)”,导致 ATF 层成为在 Versal ACAP 的 APU 上加载 Linux 的必备条件。PLM 可加载将由 APU 执行的 ATF,ATF 将在 EL3 中保持运行并等待服务请求。PLM 还可将 U-Boot 加载到将由 APU 执行的 DDR 中,U-Boot 将在 APU 上以 SMP 模式加载 Linux 操作系统。默认情况下,ATF (bl31.elf) 在 PetaLinux 中执行构建,此文件可在 PetaLinux 工程镜像目录中找到。

为独立应用生成启动镜像

Vitis 软件平台不支持为 Versal 架构自动创建启动镜像。要生成可启动镜像,请使用 Bootgen,它是包含在 Vitis 软件平台封装内的命令行实用工具。Bootgen 的主要功能是用于集成可启动镜像的各分区。Bootgen 使用 Bootgen 镜像格式 (BIF) 文件作为输入,并以二进制 BIN 或 PDI 格式生成单一文件镜像。它可输出单一文件镜像,此文件镜像可加载到非易失性存储器 (NVM)(QSPI 或 SD 卡)中。请使用以下步骤生成 PDI/BIN 文件:

  1. 如果尚未打开“XSCT Console”视图,请在 Vitis IDE 中单击“窗口 (Window) → 显示视图 (Show View)”打开此视图。在“Show View”Wizard 的搜索栏中输入 xsct console。单击“Open”打开控制台。

    _images/image49.png

  2. 创建文件夹,在“XSCT Console”中输入以下命令以便在该文件夹中生成启动镜像:

    mkdir bootimages
    cd bootimages/
    
  3. <design-package>/<board-name>/standalone/<cips or cips_noc>/<apu or rpu>/ 目录中存在的 sd_boot.bif 文件、<Vitis platform project>/hw/<.pdi-file> 中存在的 PDI 文件以及 <Vitis application-project>/Debug 文件夹中存在的应用 elf 文件复制到步骤 2 中创建的文件夹内。

    注意:如果需要,您可在自己选择的文本编辑器内打开 sd_boot.bif 文件,并根据您的 Vitis 工程修改 PDI 或 elf 的名称。

  4. 在“XSCT Console”视图中运行以下命令。

    bootgen -image <bif filename>.bif -arch versal -o BOOT.BIN

    在“XSCT Console”视图中会显示以下日志。

    _images/image51.jpeg

SD 启动模式的启动顺序

以下步骤演示了 SD 启动模式的启动顺序。

  1. 要验证镜像,请将所需镜像复制到 SD 卡:

    • 对于独立应用,请将 BOOT.BIN 复制到 SD 卡。

    • 对于 Linux 镜像,请浏览至 <plnx-proj-root>/images/linux 并将 BOOT.BINimage.ubboot.scr 复制到 SD 卡。

    注意:您可使用发布的封装路径中所含现成测试镜像 <design-package>/<vck190 or vmk180>/linux/bootimages 来启动 VCK190/VMK180 评估板,或者,还可参阅工程示例:使用 PetaLinux 创建 Linux 镜像,使用 PetaLinux 工具构建您自己的 Linux 镜像集合。

  2. 将 SD 卡加载到 VMK180/VCK190 评估板上的 J302 连接器中。

  3. 将 Micro USB 线一端连接到 VMK180/VCK190 评估板上的 Micro USB 端口 (J207),并将另一端连接到主机上打开的 USB 端口中。

  4. 按下图所示设置 SW1 开关,以将评估板配置为以 SD 启动模式来启动。

    _images/image52.png

  5. 将 12V 电源连接到 VMK180/VCK190 6 针 Molex 连接器。

  6. 根据所用主机使用 Tera Term 或 Minicom 启动终端会话。为系统设置 COM 端口和波特率,如下图所示。

    _images/image46.png

  7. 对于端口设置,请验证器件管理器中的 COM 端口并选择含 interface-0 的 com 端口。

  8. 使用电源开关 (SW13) 开启 VMK180/VCK190 评估板电源。

    注意:对于独立镜像,在终端上会显示相应的日志。对于 Linux 镜像,在终端上启动顺序执行完成后,您可使用 user: root 和 pw: root 登录。随后,在终端上运行 gpiotest。这样您将看到如下图所示的日志。

    _images/led_example_console_prints.PNG

QSPI 启动模式的启动顺序

本节旨在演示 QSPI 启动模式的启动顺序。对此,您需要按下图所示方式连接 QSPI 子卡(器件编号 X_EBM-01,REV_A01):

图 2:VCK190 上的子卡

QSPI-boot-halfform-factor-module

注意:对于独立应用,请将 boot.bin 复制到 SD 卡。对于 Linux 镜像,您可使用发布的封装路径中所含现成测试镜像 <design-package>/<vck190 or vmk180>/linux/bootimages 来启动 VCK190/VMK180 评估板,或者,还可参阅工程示例:使用 PetaLinux 创建 Linux 镜像,使用 PetaLinux 工具构建您自己的 Linux 镜像集合。

您需遵循下列步骤将镜像刷写到子卡上:

  1. 请在子卡断电情况下安装子卡。

  2. 将启动模式开关 SW1 设置为 ON-OFF-OFF-OFF,如下图所示。

    _images/image55.jpeg

  3. 将 SD 卡插入开发板上的 SD 卡槽中,如下所示:

    _images/image56.jpeg

  4. 给开发板上电。在 U-Boot 阶段,出现“Hit any key to stop autoboot:”消息时,请按任意键,然后运行以下命令以将镜像刷写到 QSPI 子卡上:

    sf probe 0 0 0
    sf erase 0x0 0x10000000
    fatload mmc 0 0x80000 boot.bin
    sf write 0x80000 0x0 ${filesize}
    fatload mmc 0 0x80000 image.ub
    sf write 0x80000 0xF00000 0x6400000
    fatload mmc 0 0x80000 boot.scr
    sf write 0x80000 0x7F80000 0x999
    
  5. 刷写完镜像后,关闭板上电源开关,将启动模式管脚设置更改为 QSPI 模式,即 ON-OFF-ON-ON,如下所示:

    _images/image52.png

  6. 重新给开发板上电。这样,开发板即可使用 QSPI 闪存中的镜像完成启动。

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