Xilinx Zynq Multiboot技术介绍

文章来源：FPGA开源工作室

1. 介绍

FPGA Multiboot（多重启动）是一种允许FPGA在运行时动态切换不同配置映像的技术。这项技术主要应用于Xilinx FPGA（如Virtex、Zynq、Kintex和Artix系列），通过提供灵活的配置管理方案，增强了系统的可靠性和灵活性。
1)主要特点

1. 多配置映像存储：在非易失性存储器（如Flash）中存储多个比特流文件

2. 运行时切换：无需完全重新上电即可切换不同配置

3. 故障恢复：当主配置出现问题时自动回退到"黄金"配置

4. 动态重配置：支持系统运行期间的部分或完全重配置
   
   

5. 多映像存储：在配置存储器中存储多个比特流文件，每个文件有特定的起始地址

6. 触发机制：通过IPROG命令、外部信号或看门狗超时触发配置切换

7. 地址跳转：从当前配置跳转到新配置的起始地址

8. 重配置：FPGA从新地址开始加载配置数据
   典型应用场景
   ⒈ 现场固件升级
   ⒉ 硬件功能动态切换
   ⒊ 高可靠性系统的故障恢复
   ⒋ 不同工作模式的切换
   ⒌ A/B测试不同硬件设计

2.  基础理论

Multiboot往往在产品中被用于镜像文件的升级和备份，即IAP（In Application programming）应用。举个最简单的例子，在Flash中存入2个BOOT.bin镜像文件，分别为update image和golden image。镜像升级过程只更新update image，而golden image作为备份不被更新。这样做的目的是当update image出现异常，或update image更新失败导致无法从update image启动时，还可以切换到备份的golden image启动，避免硬件宕机。

3. Zynq boot过程

ZYNQ启动过程分为三个阶段，称为BootROM、阶段0（FSBL）和阶段1：

1. BootROM阶段（硬件自动执行）
   o 芯片上电后首先执行的不可修改代码
   o 存储在芯片内部ROM中
   o 完成最基本的硬件初始化

2. 阶段0 - First Stage Bootloader (FSBL)
   o 用户可定制的第一级引导程序
   o 通常由Xilinx SDK生成或用户开发
   o 初始化DDR、外设等更复杂的硬件

3. 阶段1 - Second Stage Bootloader/用户应用
   o 可以是U-Boot、用户应用程序或裸机程序
   o 最终加载操作系统或用户应用