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Zynq7020 制作boot.bin及烧录到开发板全流程解析

news 来源：原创 2025/7/2 23:28:49

Zynq7020作为Xilinx推出的经典SoC芯片，其PS（Processing System）与PL（Programmable Logic）协同工作的特性使其在嵌入式开发中广泛应用。然而，初次接触Zynq的开发者在制作启动文件boot.bin及烧录时，常因流程复杂、工具操作不当导致失败。本文基于多篇实践文档与开发者经验，总结了一套高效、清晰的流程，涵盖环境配置、文件生成、烧录技巧及常见问题解决，帮助开发者快速掌握核心要点。

一、环境准备与核心概念

1.1 硬件与软件要求

  • 硬件：Zynq7020开发板（如创龙、正点原子等）、JTAG下载器、Micro-USB线、QSPI Flash或SD卡。
  • 软件：Vivado（推荐2017.4或2020.2版本）、Xilinx SDK/Vitis、串口调试工具（如Putty）。

1.2 核心文件解析

  • FSBL（First Stage Bootloader）：由SDK生成的.elf文件，负责初始化PS端硬件（如DDR、时钟）并加载PL端比特流及应用程序。
  • 比特流文件（.bit）：PL端逻辑配置文件，非必需，但PL与PS协同工作时需包含。
  • 应用程序（.elf）：用户编写的可执行文件，如裸机程序或Linux内核。
  • BOOT.bin：最终启动镜像，由FSBL、比特流、应用程序按特定顺序合并生成。

二、制作BOOT.bin的详细步骤

2.1 生成FSBL文件

  1. 导出硬件设计

    • 在Vivado中完成硬件设计（含Zynq PS配置）后，通过File → Export → Export Hardware导出包含比特流的.xsa或.hdf文件。
    • 关键点：勾选Include bitstream以确保PL配置同步导出。

  2. 在SDK/Vitis中创建FSBL工程

    • 启动SDK，新建Application Project，选择Zynq FSBL模板。
    • 编译后生成fsbl.elf文件，此文件将作为启动链的第一阶段。

2.2 添加应用程序与比特流

  1. 用户程序编译

    • 在SDK中新建应用程序工程（如Hello World），编译生成.elf文件。

  2. 比特流文件准备

    • PL工程需在Vivado中生成.bit文件，若仅使用PS功能可跳过此步。

2.3 合成BOOT.bin

  1. 使用Create Boot Image工具

    • 在SDK中，通过Xilinx Tools → Create Boot Image打开工具。
    • 文件添加顺序：依次添加fsbl.elf、.bit（可选）、应用程序.elf。顺序错误将导致启动失败。

  2. 生成配置

    • 指定输出路径，生成.bif（引导镜像描述文件）和BOOT.bin。
    • 避坑指南：避免直接使用默认的Create Boot Image选项，需手动确认文件顺序和内容，否则可能生成空文件。

三、烧录到开发板

3.1 烧录方式选择

  • QSPI Flash：适用于代码固化，需通过Program Flash工具烧录。
  • SD卡：临时调试常用，仅需将BOOT.bin放入FAT32格式的SD卡根目录。

3.2 使用Program Flash工具

  1. 硬件连接与模式设置

    • 开发板拨码开关设为JTAG模式（如拨码为010101）。
    • 连接JTAG与电源，确保硬件识别正常。

  2. 烧录参数配置

    • 在SDK中选择Xilinx → Program Flash，指定BOOT.bin和fsbl.elf路径。
    • Flash类型：选择qspi-single（QSPI启动）或sd（SD卡启动）。

  3. 烧录与验证

    • 点击Program，等待提示成功后，切换拨码至QSPI模式（如100101）并重启开发板。
    • 通过串口查看启动日志，确认应用程序正确执行。

四、常见问题与解决方案

4.1 BOOT.bin为空或启动失败

  • 原因：文件顺序错误或缺少必要组件。
  • 解决：检查.bif文件内容，确保顺序为fsbl.elf → .bit → app.elf。

4.2 烧录后代码未更新

  • 原因：Flash未正确擦除或启动模式设置错误。
  • 解决：在Program Flash中勾选Erase Before Programming，并确认拨码开关状态。

4.3 PL配置未生效

  • 原因：比特流文件未包含在BOOT.bin中。
  • 解决：重新生成包含.bit的BOOT.bin，确保PL端时钟与复位信号正确连接。

五、创新优化与扩展

5.1 自动化脚本生成

  • 使用bootgen命令行工具，通过编写.bif文件批量生成BOOT.bin，提升效率。
bootgen -image bootimage.bif -arch zynq -o BOOT.bin

5.2 多阶段启动配置

  • 结合U-Boot SPL（Secondary Program Loader）替代FSBL，实现更灵活的二级引导，适用于复杂系统。

5.3 QSPI与SD卡双启动

  • 通过修改FSBL代码，实现根据外部条件（如按键状态）选择启动介质，增强系统灵活性。

结语

制作与烧录boot.bin是Zynq开发的核心技能之一。本文从工具操作、文件结构到实战技巧，系统梳理了关键步骤，并提供了创新优化方向。开发者需重点关注文件顺序、启动模式配置及硬件验证，避免常见陷阱。通过反复实践与日志分析，可快速掌握Zynq7020的启动流程，为复杂系统开发奠定基础。

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