教你如何在板载的QSPI Flash中存储比特流配置文件和应用程序
如何从flash启动嵌入式系统
以arty a7开发板为例手把手教你实现
在诸多关于microblaze软核处理器的例程中，往往都是使用jtag下载然后借助sdk执行程序代码。然而无论是在项目展示还是实际应用中，我们都希望我们的设计可以即插即用，免去重复烧写的麻烦和必须使用sdk运行程序的限制。
事实上，为了部署一个真实的系统，需要在没有任何人为操作的情况下从非易失性存储器中启动microblaze处理器并加载程序代码。
本篇文章，我们就围绕这个话题，以digilent arty artix-7开发板为例，教你如何在板载的qspi flash中存储比特流配置文件和应用程序。
qspi有两个主要作用：
配置artix fpga
存储应用软件
对于第一个功能，我们在vivado设计中不需要包含qspi接口。我们只需要在vivado配置中更新对qspi的设置，提供qspi flash存储器与fpga配置管脚的连接。然而，一旦fpga配置完成并调用microblaze软核处理器，我们则需要在设计中引入与qspi flash通信的接口。这个新添加的接口允许引导程序（bootloader）从qspi flash存储器中复制应用程序到arty实际执行的ddr sdram存储介质中。
当然，这会引起一个问题，即microblaze bootloader（引导程序）从何而来？
开发bootloader（引导程序）的流程图如下所示：
我们的目标是创建一个mcs镜像，它包含了fpga比特流和应用软件文件，我们要将它烧写到qspi flash中。为了实现这个方案我们需要在vivado和sdk中执行以下步骤：
在已经存在的vivado microblaze设计中引入（添加）一个qspi接口。
在vivado中编辑器件设置，使用master spi_4来配置器件，并且将bit文件压缩，构建完成后将应用导出到sdk。
在sdk中，基于导出的硬件设计创建一个新的应用工程。在工程创建对话框，选择srec spi bootloader模板。这个选择会创建一个srec bootloader应用，它会从qspi flash中加载主应用程序代码。在构建bootloader elf之前，我们首先要为应用软件定义对于qspi基址的地址偏移，在这个示例中为0x600000。我们在blconfig.h中定义这个偏移量。我们还需要更新srec bootloader bsp来鉴别正确的串口flash存储器件。因此重新配置bsp。使用的系列标识号在bsp libsrc目录下的xilisf.h中定义。对于这个应用我们选择类型5，因为arty板卡使用micron qspi器件，它的标识号即为类型5。
现在我们在sdk中创建第二个应用工程。这也是我们将使用bootloader加载的应用程序。在这个应用中我们创建了一个简单的“hello world”工程，确保在linker文件中这个程序从ddr sdram开始运行。为了创建mcs文件，我们需要应用程序为s-record格式。这个格式以ascii格式存储二进制信息。（这个格式已经有40年的历史，最初是为8位motorola 6800微处理器而开发的。）我们可以使用sdk将生成的elf转换为s-record格式。为了在sdk中生成s-record文件，我们打开bash shell窗口，切换到elf所在的目录然后输入如下命令：
cmd /c mb-objcopy -o srec .elf .srec
创建好bootloader elf文件后，现在我们要在vivado内将比特流（bitstream）文件与bootloader elf文件合并。这个步骤允许bootloader被加载到microblaze处理器的本地存储空间，并且按照配置运行。因为这个存储空间很小，所以bootloader应用也需要很小才可以。如果你正遇到减小软件应用大小的问题，不妨在增加本地存储内存之前考虑使用编译器优化。
创建好bit文件和s-record文件后，我们使用vivado硬件管理器来增加配置存储器。
最后一步是生成统一的mcs文件，包含合并的bitstream（比特流）文件和应用软件。当生成这个文件时，我们需要记住加载应用程序时使用与srec bootloader相同的偏移量。
一旦这个文件构建完成并烧写到qspi存储中，我们就可以进行测试查看mcs文件的工作情况。将arty板卡与pc终端建立连接然后按下板卡上的复位（reset）按钮。几秒钟后你就会看到arty板卡上的“done”led灯亮起，然后在终端窗口中看到srec bootloader的执行结果。报告应该显示s-record文件在程序执行前已经从qspi加载到ddr sdram中了。
到这里，我们就有了一个可以部署到我们设计中的microblaze工作系统了。
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事实上，为了部署一个真实的系统，需要在没有任何人为操作的情况下从非易失性存储器中启动microblaze处理器并加载程序代码。
本篇文章，我们就围绕这个话题，以digilent arty artix-7开发板为例，教你如何在板载的qspi flash中存储比特流配置文件和应用程序。
qspi有两个主要作用：
配置artix fpga
存储应用软件
对于第一个功能，我们在vivado设计中不需要包含qspi接口。我们只需要在vivado配置中更新对qspi的设置，提供qspi flash存储器与fpga配置管脚的连接。然而，一旦fpga配置完成并调用microblaze软核处理器，我们则需要在设计中引入与qspi flash通信的接口。这个新添加的接口允许引导程序（bootloader）从qspi flash存储器中复制应用程序到arty实际执行的ddr sdram存储介质中。
当然，这会引起一个问题，即microblaze bootloader（引导程序）从何而来？
开发bootloader（引导程序）的流程图如下所示：
我们的目标是创建一个mcs镜像，它包含了fpga比特流和应用软件文件，我们要将它烧写到qspi flash中。为了实现这个方案我们需要在vivado和sdk中执行以下步骤：
在已经存在的vivado microblaze设计中引入（添加）一个qspi接口。
在vivado中编辑器件设置，使用master spi_4来配置器件，并且将bit文件压缩，构建完成后将应用导出到sdk。
在sdk中，基于导出的硬件设计创建一个新的应用工程。在工程创建对话框，选择srec spi bootloader模板。这个选择会创建一个srec bootloader应用，它会从qspi flash中加载主应用程序代码。在构建bootloader elf之前，我们首先要为应用软件定义对于qspi基址的地址偏移，在这个示例中为0x600000。我们在blconfig.h中定义这个偏移量。我们还需要更新srec bootloader bsp来鉴别正确的串口flash存储器件。因此重新配置bsp。使用的系列标识号在bsp libsrc目录下的xilisf.h中定义。对于这个应用我们选择类型5，因为arty板卡使用micron qspi器件，它的标识号即为类型5。
现在我们在sdk中创建第二个应用工程。这也是我们将使用bootloader加载的应用程序。在这个应用中我们创建了一个简单的“hello world”工程，确保在linker文件中这个程序从ddr sdram开始运行。为了创建mcs文件，我们需要应用程序为s-record格式。这个格式以ascii格式存储二进制信息。（这个格式已经有40年的历史，最初是为8位motorola 6800微处理器而开发的。）我们可以使用sdk将生成的elf转换为s-record格式。为了在sdk中生成s-record文件，我们打开bash shell窗口，切换到elf所在的目录然后输入如下命令：
cmd /c mb-objcopy -o srec .elf .srec
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创建好bit文件和s-record文件后，我们使用vivado硬件管理器来增加配置存储器。
最后一步是生成统一的mcs文件，包含合并的bitstream（比特流）文件和应用软件。当生成这个文件时，我们需要记住加载应用程序时使用与srec bootloader相同的偏移量。
一旦这个文件构建完成并烧写到qspi存储中，我们就可以进行测试查看mcs文件的工作情况。将arty板卡与pc终端建立连接然后按下板卡上的复位（reset）按钮。几秒钟后你就会看到arty板卡上的“done”led灯亮起，然后在终端窗口中看到srec bootloader的执行结果。报告应该显示s-record文件在程序执行前已经从qspi加载到ddr sdram中了。
到这里，我们就有了一个可以部署到我们设计中的microblaze工作系统了。
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