一文详解ZYNQ器件的启动配置方法.doc

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1、一文详解ZYNQ器件的启动配置方法　　在电子系统设计中，无任是用CPU作为系统的主要器件，还是用FPGA作为系统的主要器件，系统设计中首先要考虑到的问题就是处理器的启动加载问题。XILINX推出的ZYNQ可扩展处理平台，片内包括两个高性能的ARMCortexA9硬核（称为处理系统processingsystem（PS））和FPGA（称为可编程逻辑programmablelogic（PL）），在基于该平台的系统设计时具有极大的灵活性，本文就ZYNQ系统设计时都会遇到启动加载问题作一个抛砖引玉的描述，如有不当之处还请高手斧正。　　一、器件配置单元　　

2、ZYNQ器件都带有一个器件配置单元（deviceconfigurationunit（DEVCFG）），该模块由PS控制，提供软件控制下的PS和PL的初始化和配置功能。以前单个FPGA器件提供的下载方法已经不在适用，PL的配置下载必须在PS的参与下进行。　　Zynq-7000的器件配置单元包括下面的PS单元：　　①CPU　　②OCM（引导ROM和共享RAM）　　③部分顶层总线和外设　　④PS器件配置模块　　在PL侧，下面的单元也将参与：　　①PLS器件配置逻辑和接口　　②解密/鉴权硬件　　③存储在eFUSE单元或者电池备份RAM（BBRAM）内的解

3、密密钥　　下图为PS器件配置子系统框图：　　　　提供的关键特性如下：　　A．提供3种不同的PS配置方法，包括2种主模式和1种从模式。　　①加密主模式　　②非加密主模式　　③非加密从模式　　B．3种不同的主模式启动源　　①NORFLASH　　②NANDFLASH　　③QSPIFLASH　　C：JTAG非加密从模式　　D：用AES-256和HMAC（SHA-256）进行PS/PL的加密下载　　E：高速配置用的主DMA接口　　F：100MHz32-bitPCAP流接口　　H：SoC加密调试功能　　在系统上电复位时，PS采样专用bootstrapping

4、signals引脚电平来决定从什么方式引导器件。这个引导过程是由一个CortexA9核执行片内的ROMcode实现的，ROMcode的功能是初始化L1cache和基本的总线系统，加载相应的NAND，NOR，Quad-SPI，andPCAP驱动，从指定接口加载第一级BOOTLOADER（thefirststagebootloader（FSBL））到片内执行。由于OCMRAM大小有限制，第一级BOOTLOADER大小最大为256KB。用户只需要按要求提供启动映像和设置正确的bootstrappingsignals引脚电平，系统上电复位时由ROMcod

5、e自动加载到片内并且程序调转到启动映像，此时系统的全部控制功能交由用户的启动映像控制，用户如要实现的第二级BOOTLOADER功能由启动映像的程序实现。　　对于加密配置方法，需要用到AES-256解密代码和SHA-256签定（签名）算法，PS需要用PL内硬连线的AES-256和SHA-256模块，这时就要求在加密配置情况下PL就必须上着电，既使系统并不配置PL部分也需上电。器件的加密密钥可以由用户选择是存储在片内的eFUSE单元（具有掉电非易失性）或者内部电池供电的BBRAM内（具有掉电易失性，适用于安全级别要求更高的场合），下表总结了配置模式和

6、相关信息：　　　　二、PS非加密主模式配置过程　　这种模式下PS启动映像是直接从外部非易失存储器（NAND，NOR，Quad-SPI）内加载到片内OCM内，随后PL映像可以直接配置到PL内，整个过程如下图示：　　　　PL映像的配置可由配置接口模块用DMA来高速实现，在非加密情况下速度可以达到400MB/s，加密情况下速度可以达到100MB/s，这在FPGA需要部分重配置时十分有用。　　三、PS加密主模式配置过程　　PS加密主模式用到了位与片内PL部分的硬件AES-256解密模块和SHA-256模块来对PS启动映像进行解密和完整性鉴定，器件密钥存储

7、在片内的eFUSE单元或者内部BBRAM内，当PS加载成功后，用户可以选择用下面缺省的PL引导过程来配置PL部分，如下图示：　　　　其中配置PL时的比特流既可以是已经经过AES-256加密的比特流，也可以是先经过PS先进行解密后成为明文比特流送到PL内，这个过程的保密性由用户选择使用。　　在保密ROM引导阶段如果PS完整性鉴定失败，CPU就立即断言PROG_B信号而清除PL内容，同时发出一个加密复位信号，这使PS内部的RAM和寄存器进行复位，然后CPU进入睡眠模式，系统只有重复上电才能复位。PL配置发生在BOOT的第二阶段，这个过程完成可以由用户

8、选择自己的方法在任何时间内来配置一次或多次，并不需要一定按缺省的PL引导过程来配置PL部分。　　四、启动模式引脚　　ZYNQ器件有5个启