Xilinx Vitis 2020.1用SREC SPI Bootloader固化Microblaze程序，断电再通电后程序运行不了的解决办法_vitis中固化程序后串口通讯失败

FPGA的型号为XC7A35TFGG484-2，开发板用的是米联客的。主程序hello_world运行于外部DDR3内存，SREC SPI Bootloader运行于FPGA片内BRAM。

用此文所述的方法固化程序：https://blog.csdn.net/zhengshuo5444/article/details/107357806

download.bit生成了，但是下载下去总是运行不了。就连bootloader本身都运行不了，串口也没有任何输出。

首先怀疑的是Vivado Block Design里面AXI Quad SPI的配置问题。但是和开发板的例程对比了一下，配置完全一样。实际上后来发现这里根本没有问题。勾选了STARTUP Primitive后，IP核虽然缺少QSPI_CLK引脚，但是并不影响通信。在原理图里面，FLASH_CLK接的是L12，是配置FPGA用的专用引脚，不能作为普通I/O口使用，在Package Pin的下拉列表里面也无法选择。所以，时钟引脚是不需要接的，只需要连接4个数据引脚和1个NSS片选引脚。

于是，在Vitis里面Debug一下bootloader工程，串口只输出了一个SREC SPI Bootloader。单步调试发现，是XIsf_Initialize出错了，返回了1，程序直接退出了main函数。再继续分析，发现程序走的是Atmel的分支，没有走Micron的分支，打开xparameters.h一看，XPAR_XISF_FLASH_FAMILY的值为1，说明设置的serial_flash_family根本就没有生效！

修改完serial_flash_family后，必须要重新Build一下platform工程，xparameters.h里面的XPAR_XISF_FLASH_FAMILY才会更新。

 

第二个地方就是，要点开Generate linker script看一下，bootloader是不是已配置为在BRAM里面运行，主程序是否是在DDR内存里面运行。如果不是，就要手动改过来。

 

第三个地方找了很久才发现，Program FPGA对话框里面默认的BRAM内容选的是bootloop，和那篇文章的差别就在这里！这里应该选择bootloader.elf才对！选择好了之后，点Program按钮合并Vivado的bit文件，以及Vitis bootloader工程的elf文件，生成download.bit。

下载download.bit文件到SPI Flash的0地址处：

下载主程序的elf文件到SPI Flash的非零地址处，注意勾选Convert ELF to SREC的复选框：

开发板断电，再上电启动后，串口终于有输出了，Bootloader运行起来了，但是，却只输出了一个SREC SPI Bootloader。
在bootloader程序的XIsf_Initialize函数里面加xil_printf打印，编译bootloader程序并运行：
（注意打开了XIsf_Initialize函数所在的文件后，窗口左边会自动选中platform工程，直接点build按钮编译的是platform工程。所以要先在左边选中bootloader工程，再点build编译）

/*
 * Check for Intel/STM/Winbond/Spansion Serial Flash.
 */
Status = IntelStmFlashInitialize(InstancePtr, ReadBuf);
xil_printf("ReadBuf: ");
dump_data(ReadBuf, sizeof(ReadBuf));
xil_printf("IntelStmFlashInitialize=%d\r\n", Status);

发现XIsf_Initialize里面虽然正确进入了Micron的分支，但是IntelStmFlashInitialize函数执行失败了，返回了Status=1，然后main函数就返回XST_FAILURE退出了。将ReadBuf的内容用自己编写的dump_data函数打印出来，会发现内容不对，根本就没有读到Flash的数据。

而此时，按下开发板上的复位按键（普通I/O口做的复位引脚，连接到verilog里面所有模块的复位信号），就能加载成功，并成功启动程序。
再次断电，上电启动后执行IntelStmFlashInitialize函数失败，返回值还是Status=1
按下开发板上的自定义的复位按键，又能加载成功，并成功启动程序。
……
如果在程序启动成功正常运行的情况下，按下复位键，程序就会停止运行，bootloader没有运行，串口没有任何输出。
断电，再通电，bootload又能运行了。

推测：通电时，BRAM的初始值就是bootloader的程序内容，bootloader程序能运行，只是QSPI初始化失败。这个时候按下复位键，重新初始化QSPI成功了，就能启动程序。
程序启动后，BRAM的内容被覆盖掉了，bootloader程序没了。由于复位键是普通I/O口，按下后模块复位了，但BRAM内容无法恢复，bootloader当然就无法运行了。

上电后一开始IntelStmFlashInitialize函数执行失败，可能是因为通电时间不够，Flash器件还没有准备好。
我们可以改一下bootloader里面main函数的代码，把退出main函数的代码去掉，加上do-while循环，初始化失败后延时一段时间再重新初始化：
（延时用的usleep函数所在的头文件为<sleep.h>）

/*
 * Initialize the Serial Flash Library.
 */
do
{
    Status = XIsf_Initialize(&Isf, &Spi, ISF_SPI_SELECT, IsfWriteBuffer);
    if (Status != XST_SUCCESS)
    {
        xil_printf("XIsf_Initialize failed! Status=%d\r\n", Status);
        usleep(100000); // 延时100ms
    }
} while (Status != XST_SUCCESS);
xil_printf("XIsf_Initialize OK!\r\n");

改好之后，重新编译程序，然后固化到开发板上。开发板断电，再开，就可以启动成功了，不用再按复位键了。

问题终于解决了。

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2021年4月19日补充：
1. 程序本来是可以正常运行的，修改到DDR3内存里面后，就运行不了了，不断重启，才执行两句话就重启。
解决方案：Generate linker script时，把Stack Size改大（默认是1KB）。

2. 串口打印了Executing program starting at address: 00000000，但是却无法执行程序！串口没有任何输出！

解决方案一：Block Design里面，Microblaze启用Peripheral AXI Instruction Interface

解决方案二：Block Design里面，Microblaze启用Instruction Cache

 

 

 

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实际上，Microblaze不需要外部DDR3内存也能独立运行，用BRAM作运行内存，此时Microblaze不能开启Instruction和Data Cache。也不需要外部复位引脚，用Clock Wizard输出的locked信号做Microblaze的复位信号，当locked=0时复位信号有效，属于低电平复位。Clock Wizard本身则可以在IP核配置窗口里面把reset信号去掉。
这样一来，Vitis编译出来的elf文件可以在Program FPGA对话框里面直接和Vivado的bit文件整合，生成download.bit，然后在Program Flash Memory中把download.bit文件烧到SPI Flash的0地址处，就可以上电开机运行了。不需要SREC SPI Bootloader。
在这种情况下，程序代码和程序变量都是保存在BRAM里面的。