這篇blog想弄清楚FPGA上電配置后程序引導(dǎo)和啟動的整個流程是怎么樣的，不是談?wù)撊绾尉帉慴ootloader。

主題的引出

本人創(chuàng)建了一個基于MicroBlaze的嵌入式系統(tǒng)（類似于如圖1所示，當(dāng)然沒有圖1那么復(fù)雜）。片上BRAM僅僅是64KB，而本人生成的程序鏡像有2MB多，所以這樣的話，程序鏡像不能跟用于配置FPGA的bit流文件融合直接配置到片上的BRAM中。解決的方案是用外部非易失性存儲介質(zhì)來存儲程序鏡像和bit流文件，如PROM，或者Flash。Xilinx提供了一種SystemACE 配置解決方案，那整個工作流程又是如何的呢？[[wysiwyg_imageupload:290:]]
圖1. 基于MicroBlaze的SOPC架構(gòu)

問題的解決

在參考文獻(xiàn)1中，有這樣一句話，SystemACE解決方案是通過JTAG將程序下載到debug（對于MicroBlaze也就是，MicroBlaze debug module）?？吹竭@句話，一時沒反應(yīng)過來。要知道SystemACE解決方案是將用于配置FPGA的bitsteams文件和程序可執(zhí)行二進(jìn)制文件融合生成一個*.ace。在看了genace.tcl這個用于生成ace文件的腳本后，終于明白了，剛才提到的那句話。
首先說明一下SystemACE文件是如何生成的？
1. 通過iMPACT工具將bitstream文件轉(zhuǎn)為SVF文件該SVF文件包含了配置FPGA的JTAG指令序列
2.通過XMD將elf可執(zhí)行文件轉(zhuǎn)為SVF文件該SVF文件包含了通過XMD將ELF文件下載帶內(nèi)存或許片上BRAM的JTAG指令序列
3.通過XMD將數(shù)據(jù)/二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)為SVF文件
4.連結(jié)第一步和第二步中生成的SVF文件
5.通過iMPACT工具利用結(jié)合的SVF文件生成systemACE文件
整個生成過程一目了然了，SystemACE解決替代了這樣一個在線調(diào)試的流程：通過iMPACT將含有bootloop的程序的bitstream文件通過JTAG下載到FPGA中，這個時候FPGA在空轉(zhuǎn)，等待運(yùn)行程序的加載。接下來通過XMD先跟debug和CPU通信，然后將程序下載到指定的內(nèi)存或者BRAM中，然后運(yùn)行CPU。
總結(jié)，SystemACE配置方案，需要硬件的支持，即SystemACE控制器和CF卡，當(dāng)然在嵌入式系統(tǒng)中還需要添加Debug模塊。優(yōu)點(diǎn)顯而易見，不用編寫bootload類似的引導(dǎo)程序，也不用關(guān)心程序鏡像的大小，因?yàn)镃F卡的容量很大，滿足了絕大多數(shù)的嵌入式應(yīng)用的要求。

問題的延伸

還有一種情況就是通過PROM/FLASH存儲程序鏡像和bitstream文件配置FPGA，并引導(dǎo)程序啟動。具體的流程如下：
這里不關(guān)心如何去配置FPGA，而關(guān)心的是系統(tǒng)是如何引導(dǎo)的。以在FPGA運(yùn)行Linux為例作說明。如圖3所示，具體步驟如下：
第一步，CPU從0x0地址（BRAM）執(zhí)行Loader1 （注意,Loader1放在BRAM中，在配置FPGA過程中就加在進(jìn)去）
第二步，Loader1讀取SPI Flash中Loader2程序，然后復(fù)制到內(nèi)存中。
第三步，Loader1程序跳至在內(nèi)存中執(zhí)行Loader2
第四步，Loader2讀取SPI Flash中壓縮的內(nèi)核鏡像
第五步，Loader2程序解壓縮內(nèi)核到另一塊內(nèi)存空間
第六步，Loader2程序跳至解壓縮的內(nèi)核鏡像
第七步，Linux內(nèi)核啟動
由上面的流程可知，通過PROM或者Flash進(jìn)行配置的話，需要Bootload作支持，即需要完成將程序鏡像從Flash或者PROM中讀取至內(nèi)存上。當(dāng)然嵌入式系統(tǒng)中需要添加PROM或者Flash控制器。
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