基于Versal的QSPI Flash引导启动Petalinux

转载于 2025-09-16 13:31:09 发布 · 168 阅读

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来源：网络素材

作者：Albert Wei，文章来源：FPGA FAE技术分享选集

QSPI(Quad Serial Peripheral Interface)是一种基于 SPI(串行外设接口)的高速数据通信协议.它的全称是Quad SPI,即四路串行外设接口。QSPI通常用于与外部存储设备(如NOR Flash或NAND Flash)进行高速数据传输,并具备以下几个特点:

1.高速启动

QSPI通过四条数据线并行传输数据,数据吞吐量比传统SPI高4倍,适合快速加载大块数据(如固件\操作系统镜像)。例如,ZYNQ\MPSOC\VERSAL等SoC(系统级芯片)可通过QSPI Flash在系统上电时直接加载FSBL\PLM(第一阶段引导程序),显著缩短启动时间。 ‌

2.可靠性高

QSPI Flash属于非易失性存储器,断电后数据不会丢失,适合存储系统参数、校准数据等需要长期保留的信息。其写入寿命(通常10万次擦写)优于传统NAND Flash,适合高频写入场景。

3.接口灵活

QSPI仅需4个引脚(时钟线\片选线\四条数据线),引脚占用少,适合空间受限的嵌入式设备。

4.动态重构能力

在ZYNQ\MPSOC\VERSAL等可编程逻辑设备中,QSPI支持运行时加载不同配置文件(如PL比特流),实现动态重构逻辑功能,适用于需要灵活配置的工业控制系统。 ‌

5.兼容性强

QSPI协议与SPI兼容,可无缝迁移至支持传统SPI的设备。

硬件环境

本文基本AMD Versal系统的评估套件VCK190进行开发部署,VCK190 是首款 Versal™ AI Core系列评估套件,可帮助设计者使用AI和DSP引擎开发解决方案,与当前服务器级CPU相比,这些引擎能够提供超过100倍的计算性能。凭借各种连接选项和标准化的开发流程,Versal AI Core系列VC1902自适应SoC为云、网络和边缘应用提供出色的AI推理和信号处理吞吐量。

由于VCK190主板并没有QSPI器件,所以需要额外连接套件中的X-EBM-01小板进行QSPI启动引导。其中X-EBM-01小板中使用了两片1Gb MT25QU01GBBB8E12-0SIT的QSPI芯片。

QSPI Flash分区

1. boot分区存放BOOT.BIN，大小根据BOOT.BIN大小进行分配;

2. bootenv分区存放启动环境变量,一般256K左右足够使用;

3. kernel分区image.ub内核、文件系统文件，大小根据image.ub大小进行分配;

4. bootscr分区放启动脚本,一般64K左右足够使用。