转 ZYNQ "HELLO,WORLD!"背后的故事

kenson

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之前看到一篇比较好的博文，转载了。
9 c; Y/ p9 C# {2 b9 k3 a& z我等电子爱好者拿到一块开发板当然首先就是让他输出HELLO,WORLD的啦。ZYNQ作为XILINX推出的最新的ALL PROGRAMME平台自然也无法逃离此等“厄运”。  
9 u$ A& L% D* ], P+ ]# [8 P      让ZYNQ输出"HELLO,WORLD"非常简单，ZEDBOARD.ORG网站上已有ZedBoard_CTT_v14.1文档，大家按照文档中的步骤就能通过串行接口看到输出了。如果不太明白也可以到BAIDU上搜索ZEDBOARD,很多前辈已经把输出"HELLO,WORLD"的步骤图文并茂的一步一步给出了。图1就是main函数的截图，可以看到该函数非常的简单，首先初始化 平台，然后利用“重定向把printf”函数的输出定位到串口上。
* v/ G6 v- R$ H, b) X' D
注意到代码中把init_platform和cleanup_platform函数已经被注释掉了，难道只有
一个printf就能输出吗？当然，查看Init_platform（）和cleanup_platform（）源码我们会发现其实这两个函数和串口输出并没有任何关系，这两个函数的作用就是打开系统的CACHE和关闭系统CACHE（Init_platform函数中包含有init_uart函数，但仔细观察发现只有在系统中定义了STDOUT_IS_16550宏，init_uart函数中的语句才起作用，否则该函数就是一个空函数。而在本例子中我们是并没有用到STDOUT，所以根本没有定义 STDOUT_IS_16550宏 ）。
     看到这个估计很多人都有个疑问：串口在使用之前不是应该初始化的吗？至少要设置一下波特率啥的吧？看代码中，似乎没有对ZYNQ的串口进行初始化就使用了，难道ZYNQ太先进了不用初始化？
7 `! O1 Z* l; g     在讨论这个问题之前让我们先来看看ZYNQ的结构以及ARM的启动过程。ZYNQ中包含有2个ARM CORTEX-A9的核（PS）和PL逻辑单元。ZYNQ支持多种启动模块，总的来说包括安全和不安全的两种引导方式。引导主要是通过PS部分来完成。对于安全引导来说，PL部分必须启动以便使用其中的安全模块，通过这些模块可以完成256位AES和SHA授权。在系统复位后，系统将会检测模式引脚上的电平状态，以此来决定从哪个设备（NOR,NAND,QUAD-SPI或JTAG）来引导系统。当然，JTAG方式只能工作在不安全引导方式下，通常该模式是用来调试系统的。在决定从哪个设备引导系统后，其中一个ARM A9的核开始执行片外ROM中的代码并拷贝第一阶段BOOT LOADER(FSBL)到OCM中。拷贝完成后，处理器开始执行FSBL，系统开始对PS部分进行初始化并可以开始配置PL模块（当然，你也可以不配置PL模块）。通常，在FSBL中需要包含对第二阶段代码（SSBL）的载入（如UBOOT）。SSBL继续对处理器进行配置直到系统完全完成初始化。
" w, i0 I) Y2 q' ?     既然在执行MAIN函数之前还有这么多步骤，那么这些代码到底写在哪里呢？打开工程目录下的SDKSDK_Exporthello_world_bsp_0ps7_cortexa9_0libsrcstandalone_v3_05_a路径下的SRC文件夹，里面有asm_vectors.S
2 J: t& g2 B$ O" f# I& u1 _boot.S
6 z. a4 m+ t/ E7 [. ~cpu_init.S
' q1 |3 [: Q$ T5 c: ]  g# Btranslation_table.s
; T/ F/ m) j5 hxil-crt0.S等5个文件，它们都是.s结尾的汇编文件，根据以往的经验，这些都应该是最底层的，系统启动后首先执行的文件。我们知道ARM启动都是从0x00地址开始的，而在这个地址上放的应该是中断向量表，根据这个线索，我们首先查看asm_vectors.S文件，文件的最开头如图2所示：
0 g0 I' W# G( }1 U6 k! L& j4 O! ]

& H  C* Y" I# g% u  w这里就是中断向量表，ZYNQ启动后所运行的第一句话就是B  _boot，这是一个跳转语句，直接跳转到boot.s文件中的  _boot  标号处开始执行后面的语句，由于后面的代码比较长，在此就不赘述了。boot.s中的代码主要完成MMU、CACHE的初始化以及ARM各种模式下栈基地址的配置，最后通过
b _start
语句跳转到_start标号中继续执行。_start标号在xil-crt0.S文件中被实现，代码如下：
% Q! K: J3 D! S
_start:
bl      __cpu_init r0, #0
( y$ x2 G: H  ~" i1 c
/* clear sbss */
ldr  /* calculate beginning of the SBSS */
ldr /* calculate end of the SBSS */

.Lloop_sbss:
cmp .Lenclsbss r0, [r1], #4
' S2 l, l4 U  g- N  ]8 v5 \b r1,.Lbss_start r2,.Lbss_end r1,r2
bge /* If no BSS, no clearing required */
% l! Z  Z& [8 Q! Astr .Lloop_bss
. V  r( d6 G& i& m" W
# `- _! N5 N( g- j# k.Lenclbss:
+ @1 r7 y0 v* _5 e8 j  `8 i
/* set stack pointer */
1 h+ [2 q* a) s6 W- m6 g  qldr /* stack address */

" R6 A# C0 U7 e+ x/ Y. Y/* Initialize STDOUT to 115200bps */
ldr Init_Uart
% L# _+ E# \* w! T! ?#ifdef PROFILING _profile_init
* t- K+ \( L' m: e#endif /* PROFILING */
4 W: ~% g( r; P3 r& B
7 }; O1 X! _1 W5 |
! }, n5 t. o" w; @+ D# {6 |/* Initialize the SMC interfaces for NOR and SRAM */
( C) U( y% m% K. Q- ~% L6 d#ifndef USE_AMP
, s0 E6 B+ L. ~( M/ c+ j& H5 zbl XSmc_SramInit
6 l( v& G. y: N" q% S8 ~$ ]% s& m#endif

/* make sure argc and argv are valid */
mov r1, #0
8 s- M/ N* X$ P" r* V- @( G
/* Let her rip */
. ?& h+ p- Z5 ^bl main

& Q* J1 _- e8 d4 s, y: e/ h7 X3 s

代码首先通过语句bl      __cpu_init Init_Uart跳转到UART.C文件中对串口进行初始化；通过语句bl XSmc_SramInit对NOR和SRAM存储器进行初始化，最后调用bl main跳转到我们的MAIN函数中开始执行用户的程序。
) Z6 M9 L, o9 Q; A/ C        这下我们就可以解释开始所提出的问题了，实际中ZYNQ的串口并不是不需要初始化，而是在进入main函数之前就已经被初始化过了，其所用的波特率在xil-crt0.S文件的顶头被宏定义过，默认为115200BPS。如果我们要用其它的波特率的话，理论上来说在该处更改即可。为什么说理论上呢？因为在实际中更改此处是不行的，究其原因我认为是由于xil-crt0.S是系统生成，如果我们更改后不编译该文件那么自然不能更改波特率；如果编译该文件则EDK会自动从系统中重新拷一个xil-crt0.S文件到项目中， 这也就把我们更改过的文件覆盖了。所以，如果我们需要更改串口的波特率的话最简便的方法就是在main函数中再调用一次Init_Uart函数，指定其输入参数为我们所需要的波特率，如9600.
! f6 y, `7 m6 b4 S8 l8 p9 s$ Q  _
总结一下，其实ZYNQ中的ARM和我们平时所用的ARM启动方式上并没有任何差别，也是从中断向量表开始然后经过多次跳转最终调用用户程序的MAIN函数。用流程图表示如下所示：
$ D9 P* Z8 G8 w, ]( h3 P

- N2 e* v1 X, r3 \$ }" h
. [6 p, T" A0 w; Y% l6 m7 w

总结如下：

实际中ZYNQ的串口并不是不需要初始化，而是在进入main函数之前就已经被初始化过了，如果我们需要更改串口的波特率的话最简便的方法就是在main函数中再调用一次Init_Uart函数，指定其输入参数为我们所需要的波特率，如9600.

! p7 Y; M5 @( x; @
7 `: ~( `8 X+ R2 f

daviddd

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