一、7系列FPGA的启动模式

以nexys开发板为例，其他系列的fpga上电过程基本相同。

分为4种模式：

JTAG下载

FPGA作为从设备，接受外部设备（如PC、上位机等）的JTAG写入bit流，完成内部ram的配置。

这种模式的典型场景就是使用PC通过vivado进行烧写bit，烧写完毕即完成了FPGA内ram的配置，掉电丢失，需要重新烧写。

SPI闪存设备启动

FPGA作为主设备，上电后主动通过QSPI对板上flash芯片读取bin，完成内部ram的配置。

这样自动完成了上电过程，对用户是无感的，所以达到了掉电不丢失的效果。

这种模式的典型场景是使用PC通过vivado进行烧写bin，需要在烧写时选的flash芯片型号，烧写较慢，掉电不丢失。

micro SD卡启动

FPGA作为主设备，上电后主动通过SDIO对板上SD卡的发起读取bit，完成内部ram的配置。

这种方式，掉电不丢失。

U盘启动

FPGA作为主设备，上电后主动通过USB对U盘发起读取bit，完成内部ram的配置。

这种方式，掉电不丢失。

 

二、zynq系列FPGA的启动模式

 

zynq有两种启动模式：

JTAG启动

FPGA作为从设备，接受外部设备（如PC、上位机等）的JTAG写入bit流，完成内部ram的配置。

与7系列FPGA的烧写过程一致，掉电丢失。

arm核发起的bootrom启动

Zynq会先启动arm核，通过内部的rom执行启动模式判断，然后选择从SPI FLASH、SD和JTAG这几个设备中启动。

过程如下：

传统的SRAM型FPGA都是通过JTAG接口、外置非易失性存储器（PROM、FLASH）或者外部处理器一次性将程序下载到FPGA中配置。而Zynq芯片则不同，其内部集成了处理器硬核和可编程逻辑，所以它的配置启动是分阶段的。

• Stage 0：bootROM过程，Zynq芯片PS部分有片上ROM和RAM，在芯片上电或者复位后，其中一个处理器会执行片上ROM的代码进行初始化，判断启动设备（boot device），将启动设备上的FSBL（first boot loader）代码拷贝到片上RAM内。
• Stage 1：启动设备包括SPI FLASH、SD和JTAG，FSBL代码是用户自己定制的，拷贝到片上RAM后执行。包括初始化PS部分配置、配置PL部分逻辑、加载和执行SSBL（second boot loader）或应用程序。
• Stage 2：上一阶段后硬件已经配置完成。这一阶段是可选的，完成Linux系统启动过程（U-BOOT）

通过Zynq芯片的启动过程可以看到上电或者复位后片内处理器首先启动，然后根据MODE引脚判断启动方式，Zedboard的启动可以通过Quad-SPI FLASH、SD卡或者JTAG接口，如下表：

管脚	MIO6	MIO5	MIO4	MIO3	MIO2
跳线	JP11	JP10	JP9	JP8	JP7
JTAG Mode
Cascade JTAG					0
Independent JTAG					1
Boot Device
JTAG		0	0	0
Quad-SPI		1	0	0
SD card		1	1	0
PLL Mode
PLL used	0
PLL bypass	1

JTAG启动

• 上电后，片上ROM程序执行，初始化后判断从SPI FLASH启动。
• 等待JTAG加载比特流（bitstream）到片上RAM执行

QSPI启动

• 上电后，片上ROM程序执行，初始化后判断从SPI FLASH启动。
• 从SPI FLASH拷贝FSBL到片上RAM执行
• FSBL执行，处理器从SPI FLASH读取比特流（bitstream）配置Zynq的PL部分
• PL配置完成后执行，点亮LED

SD卡启动

• 上电后，片上ROM程序执行，初始化后判断从SD卡启动。
• 从SD卡拷贝FSBL到片上RAM执行，FSBL配置FPGA，蓝色LED（LD12）变亮说明配置完成。
• 从SD读取SSBL，开始Uboot过程（启动Linux），启动过程中VGA输出了一个Demo演示图像。
• 串口监视程序会显示Linux启动过程（需要上电前打开putty窗口），启动完成后，板上OLED会显示一个Digilent demo图像。