国产ZYNQ multiboot功能介绍与实现

1、背景介绍

当前因为国产化的需要，项目中几乎都用国产芯片，但国产芯片有时候不太稳定，就拿国产flash芯片来说，小概率会出现flash内存储的数据发生异常，导致系统无法启动。在这种背景下，引入了国产zynq的multiboot功能。

2、multiboot描述

下面是国产ZYNQ厂家自己的介绍

在FPGA实际开发过程中，我们一般都有升级系统程序的需求。一般我们用下载器下载就行了，可是，这个在实验室还好说，如果在正式产品中比如已经装机了，可能插下载器就不是那么方便了，于是产生了"在线升级"的需求。由于在线升级是靠程序做的，那么有可能在升级过程中出现意外导致升级失败，这样程序就自己把自己给弄死了，也就是我们经常听到的变砖了。出现这种情况咋办？如果不做保护措施，那就只能开盖用下载器烧程序了。

为了解决上述问题，于是multiboot 出现了，字面意思就是多重引导。就是用冗余的方式来保证在线升级的可靠性。多重引导，就是在flash 中放两个或多个版本，一般放两个就行了，我们一般称呼这个两个版本：一个叫golden版本，一个叫update版本。golden 版本我们一般就只在生产时烧写一次，后面都不动这个版本了，所以出错的概率相对就低了。我们要更新功能时，就不断更新update 即可，如果 update 更新失败了， golden就是拿来救命的，从而保证不变砖。

从上面介绍能看到，这个multiboot主要是针对后面更新来用的，但其实针对flash异常情况也是可以用的，因为存放了多个版本，如果flash中某段数据异常了，存放在其中的这个版本自然无法使用，于是可以从另一个版本加载，这样就有了双保险。

3、启动过程描述

国产zynq启动这块和进口xilinx zynq一样(进口zynq启动过程)，首先也是启动Bootrom，但是这里Bootrom已经自带了一个跳转功能，机制是这样的（进口xilinx的zynq也有该功能）。

如图所示，启动过程中国产ZYNQ会自动按照32K地址递增的方式去找寻正确的BOOT.bin，那么可以在flash中32K地址对齐的地方，烧写两个版本 BOOT.bin 即可实现多版本加载。

4、操作步骤

首先根据flash容量制定好空间划分情况，两个版本的boot.bin偏移要为32K的整数倍，比如下面这个例子

flash_total:0x2000000

uboot.bin_size:4.6MB ( 实际预留 0x500000 Byte)

image.ub_size :10.1MB( 实际预留 0xaf0000 Byte)

|-------------|-----------|-----------|--------------------------------------------------------------------------------------|
| 名称 | Start | End | 说明 |
| uboot.bin_1 | 0x000000 | 0x500000 | |
| uboot.bin_2 | 0x500000 | 0xA00000 | |
| Image校验值 | 0xA00000 | 0xA10000 | 0xA01000为起始地址写四个字节的image.ub_1的CRC32校验值如果存放的校验值与image.ub_1计算出的校验值不一致，则直接启动image.ub_2 |
| image.ub_1 | 0xA10000 | 0x1500000 | |
| image.ub_2 | 0x1500000 | 0x1FF0000 | |
| 环境变量 | 0x1FF0000 | 0x2000000 | 预留1*64KB 环境变量 |

上面例子中flash总容量是32MB，Bootrom搜寻范围只能是前16MB，于是这里将uboot.bin和image.ub分开来了，两个uboot.bin存放在前16MB。

同时由于uboot.bin和image.ub分开存放，除了针对uboot.bin能够进行multiboot，针对image.ub也可以进行multiboot, 即将image.ub也保存两份，第一份计算出校验值存放在一个地方，如果校验值与第一份不匹配才加载第二份image.ub。流程图如下：

Uboot中配置的环境变量如下：

bash 复制代码

"spiboot=echo Copying FIT from SPI flash to RAM... && " \
	"sf probe && sf read 0x2000000 0xA10000 0xaf0000 && crc32 0x2000000 0xaf0000 0x3000000 && sf read 0x3100000 0xA01000 4 && " \
	"if cmp.b 0x3000000 0x3100000 4;then echo compare correct...;else echo compare incorrect!!! && sf probe && sf read 0x2000000 0x1500000 0xaf0000;fi && " \
	"bootm 0x2000000\0" \

第一次烧写只能用下载器烧写，制作镜像采用下面工具

在step4 Add中添加fsbl bit uboot.elf的校验值 chechsum选择sha2

注：如果checksum为none，则Bootrom不会进行校验

后面只要uboot能够启动，都可以在uboot下面操作。

第1步：擦除flash
bash 复制代码
sf probe && sf erase 0 0x2000000
第2步：按照上面表格往指定地址写入uboot.bin和image.ub

注：flash首次烧写还是用jtag，后面如果有uboot就可以不用jtag了。

第3步：重启

第4步：crc32 校验指定位置

第1处：
bash 复制代码
sf probe && sf read 0x2000000 0xA10000 0xaf0000 && crc32 0x2000000 0xaf0000
第2处：
bash 复制代码
sf probe && sf read 0x2000000 0x1500000 0xaf0000 && crc32 0x2000000 0xaf0000
第5步：对比两次的校验值

第6步：将校验值写入 0xA01000 地址，写入4Byte
bash 复制代码
sf probe && sf read 0x2000000 0xA10000 0xaf0000 && crc32 0x2000000 0xaf0000 0x3000000 && md.b 0x3000000 4 && sf probe && sf update 0x3000000 0xA01000 4
第7步：将flash数据读到内存，并读出内存数据，确认是否写入crc32校验值正确
bash 复制代码
sf probe && sf read 0x3100000 0xA01000 4 && md.b 0x3100000 4
第8步：比较计算出的和写入flash的数据是否相同
bash 复制代码
sf probe && sf read 0x2000000 0xA10000 0xaf0000 && crc32 0x2000000 0xaf0000 0x3000000 && sf probe && sf read 0x3100000 0xA01000 4 && if cmp.b 0x3000000 0x3100000 4;then echo compare correct...;else echo compare incorrect!!!;fi

备注：

1、擦除image.ub的CRC32校验值：

bash 复制代码

sf probe && sf erase 0xA01000 0x1000

2、擦除完读出确认是否擦除成功：

bash 复制代码

sf probe && sf read 0x3000000 0xA01000 0x10 && md.b 0x3000000 0x10

说明：上面例子中因为flash容量够大，因此实现了uboot和image各存放两份。当然，也可以uboot保存两份，image只保留一份。或者将uboot和image.ub打包在一起组成一个完整的启动镜像boot.bin，然后针对这个完整的boot.bin存放两份。总之，只要确保存放引导文件的起始位置在FLASH的前16MB即可。