对于一款新的Zynq板卡来说，如何开挂启动程序
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口袋式高速逻辑分析仪
当新入手一款Zynq开发板后，一般新手在串口输出一个hello world，实现功能就可以了。而对于一些对于Zynq有一定了解的老手而言，往往则会去尝试了解板上硬件的特性和时序，探究hello world输出背后整个系统是如何运作的。
事实上，对于一款新的Zynq板卡来说，在启动序列中QSPI传输的速度不是一个明显的规范，本文教程就将教你如何使用Digital Discovery口袋式高速逻辑分析仪来快速分析启动序列并确定时序。
01
硬件清单
Digital Discovery口袋式高速逻辑分析仪
带有flash的Zynq开发板(本文中使用Digilent Zybo作为被测对象)
SOIC测试夹(若有最佳)
杜邦线
注：事实上，除了Digital Discovery之外，当然你也可以用经典的 Digilent Analog Discovery 2 来操作，后者同样带有逻辑分析仪功能。这里更为推荐使用Digital Discovery，有两个原因：一是由于QSPI时钟频率很高，超过100MHz，因此所选的仪器需要具有足够的采样率。二是Digital Discovery具有512 MB的DDR，可以完成大规模数据存储的要求。
02
连接Digital Discovery
连接关系如下：
QSPI 信号QSPI/测试夹引脚Digital Discovery引脚
cs7DIO0
clk16DIO1
d015DIO2
d18DIO3
d29DIO4
d31DIO5
gnd10Gnd
在使用如上图所示的杜邦线进行连接时，要注意保证信号完整性，避免串扰。在某些时候，需要将某个信号和地线进行缠绕，如图中的蓝色cs信号就使用了接了地的黑线进行了缠绕。
03
QSPI脚本
为了将QSPI的信号转换成数据，在逻辑分析仪的WaveForm软件中增添了一个“定制”通道，并使用js语言编写了一个“解释器”。代码如下：
// rgData: input, raw digital sample array// rgValue: output, decoded data array// rgFlag: output, decoded flag arrayvar c = rgData.length // c = number of raw samplesvar pClock = false; // previous cock signal levelvar iStart = 0; // used to keep track on word start indexvar cByte = 0; // byte count per transmissionvar cBits = 0; // bit countervar bValue = 0; // value variablevar fCmd = true;for(var i = 0; i < c; i++){ // for each sample var s = rgData[i]; // current sample var fSelect = 1&(s>>0); // pin0 is the select signal var fClock = 1&(s>>1); // pin1 is the clock signal var fData = 1&(s>>2); // pin2 is the data signal var fData4 = 0xF&(s>>2); // DIN 2-5 DQ 0-3 if(fSelect != 0){ // select active low // while select inactive reset our counters/variables iStart = i+1; // select might become active with next sample cByte = 0; cBits = 0; bValue = 0; pClock = false; fCmd = true; continue; } if(pClock == 0 && fClock != 0){ // sample on clock rising edge bValue <<= 4; // serial data bit, MSBit first bValue |= fData4; cBits++; if(cBits==2){ // when got the 8th bit of the word store it cByte++; // store rgValue/Flag from word start index to current sample position for(var j = iStart; j < i; j++){ // Flag change will be visible on plot even when data remains constant. // This is useful in case we get more consecutive equal values. rgFlag[j] = cByte; rgValue[j] = bValue; } iStart = i+1; // next word might start after this sample cBits = 0; // reset bit count for the next byte bValue = 0; // reset value variable } } pClock = fClock; // previous clock level}
除了使用定制的“解释器”外，我们还可以使用标准的SPI来分析那些没有通过QSPI发送到指令，例如第一条读取指令。
04
触发与采样
虽然QSPI的最高时钟频率是100MHz，但在启动过程中的最高频率仅为25MHz。此外，整个启动过程大概需要700ms。因此对于同时满足大量样本和高速采样率，这也正是选择Digital Discovery的原因——200MHz的采样速度可以在1.3s内采样268M的样本数据。
采样本身是十分浪费资源的，这个过程需要使用16GB的电脑内存，并且需要很长的时间来完成数据的处理。
触发设置在CS信号的下降沿。
下图是Waveforms中整个QSPI的传输过程。注意图中采样信号的短暂中断，从这个时候起时钟频率由5.4MHz变为了25MHz。
05
启动传输
想要明白所传输的数据含义需要阅读两个文档，一是Zynq技术参考手册(www.xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug585-Zynq-7000-TRM.pdf)，另一个是flash memory的数据手册(www.cypress.com/file/177966/download)。
Zynq与flash之间使用SPI协议进行通信，Zynq发送通过D0向flash发送指令。所发送的第一条指令是0x03 0x00 0x00 0x20，含义是SPI读，读起始地址是0x20。Flash通过D1接收0x66 0x55 0x99 0xaa。Flash读指令的含义在flash memeory的第85页做了解释。
(点击可查看大图)
在Zynq技术参考手册的第170到179页解释了所回复指令的含义，简单说这组字节告诉了Zynq内存是支持QSPI的。还需要注意到，此时的SPI时钟是5.405MHz，是一个比较低的速度。
从这点上看，确定了Zynq的内存支持QSPI，并且所有的交互都将在这4条数据线上完成。例如，下一条指令是0x6b，跟在一个3个字节的地址的后面。0x6b表示一个quad读指令，在8个时钟周期后的QSPI解释器上看到响应，这是虚拟字节。
(点击可查看大图)
在本例中，地址是0x1d，读取7个字节。这些字节来自地址0x1d、0x1e、0x1f，它是中断表的一部分，然后从地址0x20开始读取4个字节，这是在第一个SPI读取时读取的相同字节。
Znqy将继续读取字节，地址逐渐增加，直到0x45，这是bootROM Header的结尾。
但是，由于我们无法访问BootROM的代码，其余的引导序列就不那么透明了。在某个时候，FSBL(第一阶段引导加载程序)将开始运行，最有可能的是当SPI时钟频率变化到25 MHz的时候，如下所示，也就是在引导过程开始后的84毫秒。
(点击可查看大图)
然后，FSBL将读取引导映像文件并分析它包含的不同分区，包括配置Zynq PL部分的bit文件，在ARM中运行的elf文件。
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