使用Vivado通過AXI Quad SPI實(shí)現(xiàn)XIP功能

作者：Longley Zhang，AMD工程師；來源：AMD開發(fā)者社區(qū)

就地執(zhí)行(eXecute In Place，下面簡稱XIP)，即芯片內(nèi)執(zhí)行，是指應(yīng)用程序可以直接在非易失存儲器或閃存中取指然后譯碼、執(zhí)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。它是使用共享內(nèi)存的擴(kuò)展，以減少所需的總內(nèi)存量。AMD的軟核處理器Microblaze可以通過AXI Quad SPI IP實(shí)現(xiàn)XIP的功能。AMD提供參考設(shè)計(jì)XAPP1176（見Ref 1，Ref 2），介紹使用 Vivado 通過 AXI Quad SPI 進(jìn)行就地執(zhí)行(XIP)。用戶可以通過這個(gè)參考設(shè)計(jì)了解Microblaze實(shí)現(xiàn)XIP功能的基本概念和設(shè)計(jì)思路。然而這篇文檔使用的Vivado版本是2013.2，這個(gè)版本已經(jīng)很舊了，文檔里面提到的一些工具(如：IMPACT) 以及命令(XMCSUTIL)在新版本的Vivado都已經(jīng)不支持了，并且XAPP1176里提供的bootloader比較復(fù)雜。

本博客提供了基于2023.2 Vivado的參考工程，展示如何使用Microblaze就地執(zhí)行（XIP）程序，并提供一個(gè)簡單的bootloader。

下面是工程創(chuàng)建流程和程序運(yùn)行步驟：

1. 修改2023.2 AC701 Petalinux BSP里自帶的Vivado工程，使能AXI Quad SPI IP里的XIP模式。

或者創(chuàng)建一個(gè)基于AC701的Vivado工程運(yùn)行，然后運(yùn)行附件的tcl文件。

2. 構(gòu)建Vivado工程，生成bit文件并導(dǎo)出包含bitstream的xsa文件。

3. 在Vitis里，基于導(dǎo)出的xsa文件創(chuàng)建platform工程，創(chuàng)建兩個(gè)工程，一個(gè)是bootloader，另外一個(gè)是XIP的用戶程序。

這個(gè)bootloader只是一個(gè)運(yùn)行在BRAM里的簡單程序，作用是把PC跳轉(zhuǎn)到XIP程序的起始位置。

XIP程序可以是任何用戶程序，用戶需要在linker script里把.text等只讀的section放到QSPI flash的地址段，把.data/.bss等讀寫的section放到BRAM。

如果.data section里有已經(jīng)初始化的變量，用戶需要在用戶程序里把.data section復(fù)制到BRAM里。

4. 分別右鍵點(diǎn)擊bootloader工程和XIP工程里的src文件夾，導(dǎo)入附件的工程文件。（在本博客的工程里，bootloader工程文件在bootloader_ar的文件夾里，XIP工程文件在dhry_0文件夾里。）

5. 在XSCT里運(yùn)行mb-objcopy把xip工程的elf文件轉(zhuǎn)換成bin文件(下面命令把dhry_0.elf轉(zhuǎn)換成dhry_0.b)。

mb-objcopy -O binary -R .vectors.reset -R .vectors.sw_exception -R .vectors.interrupt -R .vectors.debug_sw_break -R .vectors.hw_exception dhry_0.elf dhry_0.b

6. 在Vitis里，通過菜單Vitis -> Program Device把bootloader.elf更新到bit文件里，生成新的download.bit。

7. 在Vivado里，通過菜單Tools -> Generate Write Memory Configuration File把download.bit和XIP工程的bin文件合并成一個(gè)mcs文件（這里相當(dāng)于XAPP1176里的Merging Two MCS Files）。

8. 把生成的mcs文件燒寫到AC701的QSIP flash里，連接UART線，把AC701設(shè)置為QSPI flash啟動模式并上電啟動。這樣就能看到串口的打印輸出了，輸出內(nèi)容是DHRYSTONE測試的結(jié)果。