Zynq SDK 驱动探求（五）软件动态重配置硬件比特流

在 Xilinx Zynq 器件中，硬件可编程逻辑 PL 是作为一项外设挂载在 ARM 处理器系统中的，那么 PL 硬件的配置自然也就由处理器负责。
本文参考了下方这篇博文，在这个资料比较匮乏的领域，这篇文章给了我很大帮助。作者很厉害，发现了 UG585 中的错误，这个错误在之后被修正。
https://blog.csdn.net/vinnie\_\_/article/details/52829874
作者：李凡
来源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/95751537

硬件配置

硬件的配置通过加载比特流 bitstream 完成，即我们通常说的“下比特”，bitstream 有以下几种加载情况：

调试阶段，来自上位机软件，比如通过 Vivado 或者 SDK 下载
固定启动，比特流被事先固化在芯片外围的存储介质中，比如 FLASH 或者 SD 卡中，上电后比特流被引导加载到 PL
动态配置，在当前硬件比特运行期间，有一份新的比特流通过网络，串口等介质传输进来，存储在DDR 或者 FLASH 等外部存储介质中，随后将硬件动态配置为新的比特流

在第一种情况中，PL 由 Jtag 下载器配置，与处理器几无关系。

其他两种情况，则都由软件负责。从下图可以看出，固化启动和动态配置的数据通路类似。只是固化启动一定是从 NAND，NOR，QSPI 等固化介质启动。而动态配置的数据一般来源于图片上方的 DRAM。

secure 安全启动是指比特流会经过 AES 等安全模块的验证后，再配置到硬件中。

具体来说，比特流从存储加载到 PS 种，之后前往硬件 PCAP 的道路是由处理器系统 PS 中的 PCAP bridge 负责。这座桥在 PS 的 DevCfg 外设中。DevCfg 外设有完善的例程和文档，本文后续的实验就围绕例程展开。

PCAP 全称是Processor Configuration Access Port, 即处理器配置接口，可以理解 PCAP 代表着硬件，那么这座桥的另一边 PS AXI 接口即代表软件。是为一座沟通软件和硬件的桥梁。

比特流的搬运是通过 PCAP 桥模块内的一个专用 DMA 实现的，这个 DMA 的特性和使用方式同 Zynq 其他 DMA 没有区别。只是专用于比特流搬运，提高比特的移动速度，以实现更快的部署。要知道大型期间的比特流可以达到近 20MB 之巨。

使用 SDK 代码实现动态重配置

在 Xilinx 的概念中有两种比特动态重配置概念，一种叫部分重配置区别于普通的重配置。部分重配置并不会重新加载一个完整的比特流，而是重新配置部分逻辑，保持其他逻辑不变（静态逻辑），以提高重配置的速度，最快能达到数毫秒之快。

部分重配置会稍显复杂，本文我们讨论完整的动态重配置，这也是更具实际意义的功能。

比如实验室的一台网络测试仪，可以在不关机的情况，通过下载不同的比特分为配置为2-3层和4-7层网络测试仪。

软件动态重配置在 Linux 下可以通过 DevCfg 驱动进行，在没有操作系统的情况下，我们也可以在 SDK 中通过用户代码进行，这里我们以 DevCfg 轮询例程为例。
59.1.jpg
例程中同时支持完整重配置以及部分重配置，程序检测当前 PL 部分的工作情况，在已部署有比特流的情况下进行部分重配置。

这里我们进行完整的重配置，上电后不加载硬件程序，而只下载软件，如下图，不勾选 program FPGA。

准备比特流

既然要动态配置比特流，那首先要准备一份比特流。

在 vivado 工程 generate bitstream 之后，在 tcl console 中运行命令

write\_cfgmem -format bin -loadbit "up 0x0 比特文件名.bit" -file 生成bin文件名.bin -size 128 -force -interface SMAPx32 -disablebitswap

write\_cfgmem 命令将比特流生成为 bin 文件，bin 文件才能用于配置。其他的字段决定 bin 文件的格式，不同的格式可能会无法正确配置硬件。

比特流需要提前放置到板子的 DDR 上，这里可以通过 SDK 里的内存 Dump&restore 工具实现。

选择一个 DDR 地址，填入 bin 文件的 byte 长度即可。如果你选择困难症的话，就用0x30000000 这个地址好了。

接下来需要根据你的 bin 文件，对 example 开头中的参数做修改，原本的参数只是装装样子的 (Dummy)。

修改为真正的存储地址和 bin 文件长度。

这里注意两点,一是长度的单位为 4 字节（32bit）。

其次你可能奇怪，为什么我们存放在 0x30000000 ，这里却填 0x30000001 。

这是因为最低 2bit == 2'b01 用来表示此时为最后一次 DMA 传输（因为我们就传一次哈）。至于为什么最低 2 bit 能借用，这和前一点有关哦。

首先复位 PL

我们的程序运行时，此时 PL 部分还没有比特流，我们下载软件时就会提醒我们，此时硬件还未就绪（Done 信号未置起），恩，没比特就对了\~

在配置硬件之前，首先需要初始化（复位一次）硬件，文档中这么描述软件初始化硬件。

这 5 步都是对寄存器的读写操作，翻译成实际代码即为

       //lf set prog
    u32 CtrlReg;
    CtrlReg = XDcfg_ReadReg(DcfgInstPtr->Config.BaseAddr,
            XDCFG_CTRL_OFFSET);
    XDcfg_WriteReg(DcfgInstPtr->Config.BaseAddr,
            XDCFG_CTRL_OFFSET, (CtrlReg |
                    XDCFG_CTRL_PCFG_PROG_B_MASK));

    //@lf reset prog
    CtrlReg = XDcfg_ReadReg(DcfgInstPtr->Config.BaseAddr,
            XDCFG_CTRL_OFFSET);
    XDcfg_WriteReg(DcfgInstPtr->Config.BaseAddr,
            XDCFG_CTRL_OFFSET, (CtrlReg &
                    (~XDCFG_CTRL_PCFG_PROG_B_MASK)));

    //@lf wait for reset
    while((XDcfg_ReadReg(DcfgInstPtr->Config.BaseAddr, XDCFG_STATUS_OFFSET)
                & XDCFG_STATUS_PCFG_INIT_MASK) == 1);

    //@lf set prog
    CtrlReg = XDcfg_ReadReg(DcfgInstPtr->Config.BaseAddr,
                XDCFG_CTRL_OFFSET);
        XDcfg_WriteReg(DcfgInstPtr->Config.BaseAddr,
                XDCFG_CTRL_OFFSET, (CtrlReg |
                        XDCFG_CTRL_PCFG_PROG_B_MASK));
    //@lf wait for set
    while((XDcfg_ReadReg(DcfgInstPtr->Config.BaseAddr, XDCFG_STATUS_OFFSET)
                & XDCFG_STATUS_PCFG_INIT_MASK) == 0);

运行 example 程序，顺利配置硬件的话，你开发板上的 Done 灯就会亮起。

如果不幸卡在这里，DMA传输未完成，请检查硬件复位（我之前也卡在这里。。）