ZYNQ "HELLO,WORLD!"背后的故事
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发表于 2014/1/13 9:31:16
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之前看到一篇比较好的博文，转载了。
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”。
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。
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？
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。
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SDK\SDK_Export\hello_world_bsp_0\ps7_cortexa9_0\libsrc\standalone_v3_05_a\路径下的SRC文件夹，里面有asm_vectors.S
boot.S
cpu_init.S
translation_table.s
xil-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：
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：
_start:
bl __cpu_init /* Initialize the CPU first (BSP provides this) */
mov r0, #0
/* clear sbss */
ldr r1,.Lsbss_start /* calculate beginning of the SBSS */
ldr r2,.Lsbss_end /* calculate end of the SBSS */
.Lloop_sbss:
cmp r1,r2
bge .Lenclsbss /* If no SBSS, no clearing required */
str r0, [r1], #4
b .Lloop_sbss
.Lenclsbss:
/* clear bss */
ldr r1,.Lbss_start /* calculate beginning of the BSS */
ldr r2,.Lbss_end /* calculate end of the BSS */
.Lloop_bss:
cmp r1,r2
bge .Lenclbss /* If no BSS, no clearing required */
str r0, [r1], #4
b .Lloop_bss
.Lenclbss:
/* set stack pointer */
ldr r13,.Lstack /* stack address */
/* Initialize STDOUT to 115200bps */
ldr r0, =UART_BAUDRATE
bl Init_Uart
#ifdef PROFILING /* defined in Makefile */
/* Setup profiling stuff */
bl _profile_init
#endif /* PROFILING */
/* Initialize the SMC interfaces for NOR and SRAM */
#ifndef USE_AMP
bl XSmc_NorInit
bl XSmc_SramInit
#endif
/* make sure argc and argv are valid */
mov r0, #0
mov r1, #0
/* Let her rip */
bl main
代码首先通过语句bl __cpu_init 跳转到_cpu_init标号处（该标号在cpu_init.S文件中，其中的代码主要对cp15寄存器进行操作），随后代码对SBSS段、BSS段以及栈指针R13进行初始化，紧接着通过语句bl Init_Uart跳转到UART.C文件中对串口进行初始化；通过语句bl XSmc_NorInit和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。
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.
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：
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.
