Versal 启动文件简述

作者：MacMahon Stephen，AMD赛灵思开发者

Versal™ 是由多个高度耦合的可配置块组成的自适应计算加速平台 (ACAP)。这些块包括 NoC、AIE、PL 和 CIPS（CIPS 本身包含不同的域：LPD 和 FPD）等，启动这些块时，需使用 Vivado 中的配置集进行配置。
本篇博文是 Versal“从零开始”调试系列的首篇。
这么多互连块乍看之下似乎很复杂...但实际不尽然。在本篇博文中，我们将探讨这些启动文件及其使用方式。
这就切入正题...希望您不介意我用首字母缩写词。
以下我准备的一个基础设计，其中只有 CIPS 和 NoC：

Control, Interfaces, and Processing Subsystem (CIPS) 是所有 Versal 设计的通用 IP，包含所有 Versal 器件通用的硬化 IP。
其中主要包含两个域：LDP 和 FDP。低功耗域 (LPD) 包含可配置启动器件和 I2C。全功耗域 (FPD) 则包含所有其它可配置 IP，如 GEM 和 USB 等。此外还有 AXI 和调试接口，连接到 PL、可配置 NoC 接口、时钟、中断和处理器子系统，全都可在 Vivado IP integrator 内根据您的设计需求进行配置。
片上网络 (NoC) 经高度耦合，可连接到 PL IP 和/或 AIE 以及 DDR 存储器控制器。
所有这些配置二进制文件 (CDO) 都封装到单一容器文件内，此文件称为 PDI 文件，PDI 表示可编程定义文件 (Programmable Definition File)。 
PDI：
如上所述，PDI 包含所有可配置二进制文件。其中还包含用于执行这些二进制文件的可执行文件。
并且，如果 PL 包含带有存储器映射存储器控制器的 MicroBlaze，那么 PDI 中还包含存储器映射接口 (MMI) 文件。 
此 PDI 文件将在实现期间创建，并且可包含在 XSA 文件内交付至 Vitis。来看看 impl_1 文件夹：

此处值得注意的两个文件是 PDI 文件和 BIF 文件。
启动镜像格式：
启动镜像格式 (BIF) 文件包含所有启动分区。
让我们来一探究竟：

new_bif:
{
 id_code = 0x04ca8093
 extended_id_code = 0x01
 id = 0x2
 image
 {
  name = WDI_FLAT
  id = 0x1c000000
  partition
  {
   id = 0x01
   type = bootloader
   file = gen_files/executable.elf
  }
  partition
  {
   id = 0x09
   type = pmcdata, load = 0xf2000000
   file = gen_files/pmc_data.cdo
  }
  partition
  {
   id = 0x0C
   type = cdo
   file = gen_files/lpd_data.cdo
  }
  partition
  {
   id = 0x0B
   core = psm
   file = static_files/psm_fw.elf
  }
  partition
  {
   id = 0x03
   type = cdo
   file = design_1_wrapper.rcdo
  }
  partition
  {
   id = 0x05
   type = cdo
   file = design_1_wrapper.rnpi
  }
  partition
  {
   id = 0x08
   type = cdo
   file = gen_files/fpd_data.cdo
  }
  partition
  {
   id = 0x0D
   type = cdo
   file = gen_files/subsystem.cdo
  }
 }
}

下表提取自《Versal 系统软件开发指南》，可用于描述其中每个分区：

转储 PDI：
用户可以在 Vitis 中使用 Bootgen 实用工具来转储和查看 PDI 中的内容：

bootgen -arch versal -dump <pdi file>.pdi

用户可以使用以下 Bootgen 命令从 BIF 创建 PDI：

bootgen -arch versal -image <bif file>.bif -w -o <output pdi>.pdi

Platform Loader and Manager：
PLM 负责加载分区（如上所示）和执行平台管理。所有 CDO 都加载到 RAM 中，然后执行。ELF 文件直接加载到目标存储器中，然后执行。不支持就地执行。
要调试潜在的 PLM 故障，可在此处的表 14 中找到错误代码。
在某些情况下，用户可能需要修改 Vitis 生成的 PDI，下面提供了两个常见用例。
调试 PLM：
用户可以覆盖 PDI 中的 PLM，如 UG1283 中的第 129 页所述，也可以重新生成 PDI 并导出硬件以将修改后的 PDI 添加到 XSA 中。
BIF 文件如下所示：

new_bif:
{
 image
 {
 { type = bootimage, file = base.pdi }
 { type = bootloader, file = plm_debug.elf }
 }
}

随后，重新生成 PDI。请务必保留 PDI 文件名（与 Vivado 生成的文件名相同）：

bootgen -arch versal -image {filename.bif} -w -o {design_1_wrapper.pdi}

如果用户随后在 Vivado 中导出硬件，那么，修改后的 PDI 将被添加到 XSA 中。
浏览 CDO/RNPI 文件：
用户可以使用 XSCT 中的 cdoutil 将二进制文件转换为可读文本文件。以 RNPI 为例：

cdoutil -annotate -output-file dump.txt <filename>.rnpi

从上表中可以看到，rnpi 文件包含 PL 复位命令。 
我们可以在转储后的文本文件中查看这些命令：

在《Versal 寄存器参考资料》中可以交叉引用这些命令：

将定制 CDO 文件添加到 PDI：
用户还可以创建定制 CDO 文件，并将其添加到 PDI 中。
例如，我有一个 IP，它在 CIPS 上受 PS GPIO 控制。
因此，我需要切换此 PS GPIO：
首先创建一个 txt 文件，其中包含您希望在 PDI 内执行的寄存器写入操作：

version 2.0
mask_write 0xff0b0018 0x1 0x1
mask_write 0xff0b02c4 0x1 0x1
mask_write 0xff0b02c8 0x1 0x1
mask_write 0xff0b004c 0x1 0x1

随后，使用以下命令将此转换为 CDO 文件：

cdoutil -output-binary-be -output-file custom.cdo custom.txt

下一步，导航到 Vivado 工程目录内的 .runs_0/impl_1 文件夹，打开 BIF 文件，并追加以下内容（在最后一个 } 内）：

image
 {
  name = custom_cdo
  id = 0x1234567
  partition
  {
   id = 0x12
   type = cdo
   file = custom.cdo
  }
 }

随后，重新生成 PDI 并导出至硬件，更新后的 PDI 将添加到 XSA：

bootgen -arch versal -image design_1_wrapper.bif -w -o design_1_wrapper.pdi

• 依次单击“File -> Export Hardware (Include Device Image)”（文件 > 导出硬件（包含器件镜像））

运行 Updatemem 
如果 Versal 设计包含 MicroBlaze（含 LMB 存储器），并且您要使用可执行 ELF 来更新 LMB BRAM，那么同样可以使用以上方法。例如：
浏览至 <project_name>.runs/impl_0 文件夹，并运行 Updatemem。例如，这里我创建了更新后的 RCDO。但您也可以保留名称不变。否则，您需要更新 BIF 文件：

随后，重新生成 PDI 并导出至硬件，更新后的 PDI 将被添加到 XSA 中：

bootgen -arch versal -image design_1_wrapper.bif -w -o design_1_wrapper.pdi

• 依次单击“File -> Export Hardware (Include Device Image)”（文件 > 导出硬件（包含器件镜像））

总结：
本篇博文并非 Versal 启动文件的完整指南。
所有这些信息都能在 TRM 和 SSDG 中找到。我希望本文能够向用户简要介绍 Versal 启动文件，供用户以此作为起点，按需进一步深入调研。

参考资料：
https://china.xilinx.com/support/documentation/architecture-manuals/am011-versal-acap-trm.pdf
https://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx2020_1/ug1304-versal-acap-ssdg.pdf

后续内容 
如何在 Vitis 中调试 Versal PLM 
在这篇博文中，我们将探讨如何在 Vitis™ 中调试 Platform Loader Manager (PLM)。