实现功能：使用 MicroBlaze软核，配置 DDR、Flash 接口，并将程序烧写固化到Flash，每次启动 FPGA 时自动运行 Flash 中的程序 。

Vivado版本：2018.3

FPGA：Xilinx Artix-7 系

目录

引言

Vivado部分：

一、配置时钟

二、配置MIG (DDR接口)

三、配置Quad-SPI (FLASH接口)

四、配置MicroBlaze

五、生成HDL文件编译

SDK部分:

一、导出硬件启动SDK

二、新建 ddr_flash 工程

三、新建 bootloader 工程

四、烧写Flash

五、验证

引言

        在“  MicroBlaze软核开发（一）和（二）介绍了如何使用 Vivado 和 SDK 进行 MicroBlaze 软核开发，本文将继续介绍如何使用 MicroBlazeMicroBlazeMicroBlaze 软核，配置 DDR 和 Flash 接口（以 DDR2 为例，DDR3 同理），并将软核上编写的应用程序烧写固化到FLASH中，每次启动 FPGA 自动运行 Flash 中的程序。

Vivado部分：

        首先新建一个RTL工程，并选择好FPGA芯片的型号.

一、配置时钟

        （1）创建设计块，命名后点OK（本例用默认名），进入设计界面后点击添加IP按钮，搜索clk，选择 Clocking Wizard ，双击添加

        （2）双击生成的clk，进行时钟配置：首先时钟输入为100MHz，单端时钟输入（根据开发板实际配置情况进行设置）

        （3）接着设置3个时钟输出，clk_out1、clk_out2、clk_out3 频率分别设为 324.992 MHz、200MHz、50MHz（分别用于MIG系统时钟、MIG参考时钟、FLASH时钟，后面会解释为什么分别设置这些频率大小）。并将复位信号设为低电平有效。

二、配置MIG (DDR接口)

        （1）我所用开发板为Xilinx 7系 FPGA, 支持使用 MlG (Memory interface Generator 存储器接口生成器) 生成 DDR 接口。用户手册中DDR2的介绍如下图，核心参数有：

        1.推荐时钟周期为 3077ps （即频率为1/3077ps 约 324.992 MHz 用作MIG的系统时钟）

        2.数据宽度为 16位

        （2）添加并搜索 MIG，选择 MlG 7 Series （7系 存储器接口管理器）双击添加。

        （3）双击MIG模块，开始配置MIG：

        （3)-1:可选择兼容以下芯片，不需要兼容就不勾选，直接NEXT

        （3)-2:根据DDR选择（我的FPGA是DDR2）

        （3)-3:根据FPGA开发板用户手册提供的DDR参数进行配置：（其他保持默认即可）

        （3)-4:管脚模式选择，这里选择第二个进行配置；接着点击读取XDC或者UCF文件直接导入管脚配置（我这里已有UCF文件所以直接导入），再点击Valid 检查是否有效，成功后才可NEXT

        （3)-5:接着一路NEXT，最后生成得到的MIG模块如图所示：

        （4）接下来将连接MIG的时钟输入，如图所示：

                系统时钟sys_clk_i 频率为324.992 MHz 对应连接 clk_out1 ；

                参考时钟clk_ref_i 频率根据MIG参考手册需要 200MHz，对应连接 clk_out2；

三、配置Quad-SPI (FLASH接口)

        Xilinx 的 Quad-SPI（Quad Serial Peripheral Interface 四路串行外设接口）IP是一种用于在Xilinx FPGA 和 Zynq SoC 中实现与外部闪存设备（如SPI闪存）进行数据传输的功能模块。Quad-SPI 接口扩展了传统的SPI接口，同时允许最多四条数据线上进行数据传输，从而提升了数据传输速度和带宽。

        （1）点击添加按钮，搜索“SPI”双击 AXL Quad SPI 进行添加

        （2）双击添加的 AXL Quad SPI 模块进行配置，我这里模式选择了 Quad 四路传输、设备选择 "Spansion" (根据板子上的Flash的制造厂商进行选择)。根据我的开发板用户手册，勾选 Enable STARTUP Primitive

        （3）模块的外部时钟（ext_spi_clk）连接50MHz（clk_out3），同时添加时钟模块的时钟信号和复位信号的输入管脚，如图所示：

四、配置MicroBlaze

        （1）添加并搜索 MicroBlaze，选择第一个 MicroBlaze 双击添加。

        （2）点击点击“Run Block Automation”进行配置，设置本地存储和缓存大小，因为有DDR2了所以也不用设太大。时钟连接选择 MIG 的 ui_clk 。

        （3）再分别添加： UART模块（波特率115200，无校验位） 和 GPIO模块 （两个4位位宽端口） ；再点击“运行自动连接”，得到如下电路： 

                1.再将时钟MIG复位信号线删除，重新连接到时钟模块的复位信号线，共用一个rst

                2.把GPIO1、2通道管脚重命名一下(分别给led和switch)

                3.选中 MIG 的DDR信号线右键 "Make External " 设一个引脚出来

                 4.最终得到如下电路，点击“Validate Design”检查电路是否有效，最后检查结果无误

五、生成HDL文件编译

        这一部分和 “  MicroBlaze软核开发（一）：Hello World  ” 中相同，不再赘述

        （1）到src栏右键设计块，生成HDL包装文件

        （2）依次进行：Run Synthesis 综合、Run implementation 部署 

        （3）再配置管脚：根据开发板情况自行配置，其中包括对SPI接口管脚进行配置，需要参考 开发板的用户手册进行配置（前面在配置 Quad-SPI 时勾选 Enable STARTUP Primitive 好像会自动配置管脚）

        （4）最后 Generate Bitstream 生成比特流文件

SDK部分:

一、导出硬件启动SDK

         这一部分和 “  MicroBlaze软核开发（一）：Hello World  ” 中相同，不再赘述

        （1）File -> Export -> Export Hardware 导出硬件： 注意勾选“Include bitstream”再导出

        （2）File -> Launch SDK 启动SDK：保持默认点击OK。

二、新建 ddr_flash 工程

        新建 Application Project 应用程序工程，我这里命名为 “ddr_flash”,模板选择的是串口打印 Hello World 的模板工程，这个工程暂时放住，后续再进行编写（可以按照之前的教程 MicroBlaze软核开发（一）：Hello World ，串口打印 Hello World 的方法先验证一下软核是否可用）

三、新建 bootloader 工程

        （1）打开刚刚新建的 ddr_flash 工程的_bsp文件夹（Board Support Package文件夹，封装了特定硬件平台如开发板、FPGA等所需的软件支持），打开 system.mss 文件，点击“ Modify this BSP's Settings 修改 BSP 设置 ”，勾选 xilisf (Xilinx系统内和串行闪存库) 添加支持库

        （2）点击“xilisf” ，根据说明配置参数（我的是Flash厂家是Spansion，第一个参数填5；Flash 接口在前面Vivado部分是通过 axi_quad_spi 的IP实现，第二个参数添1）

        （3）再新建一个应用工程bootloader，该工程用于启动编写的应用程序，选择提供的模板工程 “SREC SPI Bootloader ”，Finish 完成：

               

        （4）接下来设置应用工程的地址偏移量：烧写到Flash内容是：FPGA配置文件（Vivado生成的比特流文件）+  应用程序文件（软核文件），因此需要设置一个地址偏移量，是指软核中的程序或数据的地址偏移量。

                根据开发板用户手册，我的 Flash 型号的容量为16MB 。且FPGA 配置文件（VIvado生成的比特流文件）不会超过 4MB ( 4兆字节 = 4*1024*1024 Byte )，因此将 FPGA.bit 文件烧录进去后 Flash 最多占用 4MB 空间，剩下的部分可以用于烧写用户程序或数据，所以地址偏移量至少设置为 4*1024*1024 = 4,194,304 (十进制) = 0x400000 (十六进制) 。

                打开 bootloader工程 src 文件夹中的 blconfig.h 文件，在这里设置应用工程的地址偏移量。将原来默认的 0xF8000000 修改为 0x00400000 ，最后需要点击工具栏编译按钮编译一下。

四、烧写Flash

        （1）生成合成文件：烧写Flash分成两个部分，一个是bit文件，一个是 bootloader 应用程序文件（bootloader.elf）。需要将两个文件合成为一个文件在进行烧录。点击烧录按钮，.elf 文件需要选择 bootloader.elf ，点击Program后会自动生成合成文件。

        （2）上一步自动生成的合成文件SDK环境是存放在硬件平台文件夹下，名为 download.bit 。下点击工具栏 “烧写Flash” 按钮，选择download.bit文件、设置偏移量为0、并且选择自己的Flash型号（选错烧录会报错并提示你当前型号，再修改即可）、勾选选项进行烧录。（Flash烧录过程会有点慢，耐心等待）

        （3）接下来烧写应用程序文件：前面烧写的download.bit作用是配置 FPGA 和 bootloader 启动应用程序，而启动的应用程序就是现在需要烧写的 ddr_flash 工程文件。点击 “烧写 Flash” 按钮、选择 ddr_flash.elf 文件、设置偏移量（即之前修改过偏移量）、勾选选项（尤其注意勾选第一个选项：将 elf 文件转化为可 bootloader 的 srec 文件格式）、烧录。

五、验证

        到此程序固化流程结束，现在进行验证：将开发板断电重启（或者按板子上的“program”键）同时打开串口，等待结束指示灯亮起（“Done”LED灯亮起表示完成）如果串口接收到 “ Hello World ” （ddr_flash 工程的程序功能），说明板子上电时自动运行程序了，固化成功。

        最后提一下，我在最后验证时出现了问题：程序能够上电后读取Flash烧录，但是没有程序运行的现象，我猜测可能是接口配置时存在一些设置问题 ，因为我的开发板在 Vivado BD块设计部分没有可支持的板卡信息，需要自行配置。但是本教程开发流程是正确无误的，不影响学习使用。