PolarFire® SoC 上电启动流程

PolarFire Family Power-Up and Resets User Guide

 PolarFire SoC MSS Technical Reference Manual

 

PolarFire® SoC Software Development and Tool Flow User Guide

 

The MSS Core Complex can be booted in one of four modes. The following table lists the MSS pre-boot options, which can be configured and programmed into the sNVM. The boot mode is defined by the user parameter U_MSS_BOOTMODE[1:0]. Additional boot configuration data is mode-dependent and is defined by the user parameter U_MSS_BOOTCFG (see Table 3, page 4 and Table 5, page 6).

MSS Core Complex 可在四种模式中的任意一种下启动。下表列出了可在 sNVM 中配置并烧录的 MSS 预启动选项。启动模式由用户参数 U_MSS_BOOTMODE[1:0] 定义。其余的启动配置数据则取决于所选模式，并由用户参数 U_MSS_BOOTCFG 定义（参见第 4 页的表 3 和第 6 页的表 5）。 

 

查了半天，也没找到  U_MSS_BOOTMODE 在哪里配置？ 问题解决是在 softconsole → run → Extern tools , 来自文档：PolarFire® SoC Software Development and Tool Flow User Guide

操作记录：

 PolarFire® SoC softconsole fpgenprog.exe 路径错误 导致 无法更改 启动模式 - 所长 - 博客园

 

 

 

 

 

 

linux 启动方式

 

 

这份名为 《Microchip PolarFire FPGA and PolarFire SoC FPGA Power-Up and Reset User Guide》 的文档详细阐述了 PolarFire 芯片从上电到稳定运行的整个过程。以下是其核心内容的总结，并特别突出了与 SoC 启动相关的细节。

文档核心内容总结

该文档主要描述了 PolarFire FPGA 和 PolarFire SoC FPGA 的电源序列要求、各种复位类型以及整个器件从断电到进入用户模式的完整启动流程。

 

1. 电源序列 (Power-Up Sequencing)

这是启动的物理基础，要求非常严格。

• 核心电压 (VCC):

  • PolarFire SoC: 要求 VCC 和 VCCPLL 必须先于所有其他电源上电。

  • PolarFire FPGA: 要求相对宽松，VCC 可以在其他电源之前、之后或同时上电。

• 辅助电压 (VCCAUX, VCCIOS, etc.): 必须在核心电压 VCC 稳定后上电。

• 电池备份电压 (VBAT_BKUPS): 如果使用，必须在 VCCAUX 之前或同时上电。

• 关键点: 不正确的上电顺序可能导致器件无法启动或损坏。建议使用 Microchip 推荐的电源管理芯片（PMIC）来实现正确的时序。

 

2. 复位类型 (Reset Types)

文档定义了多种复位信号，它们在不同层级和条件下触发：

• 上电复位 (Power-On Reset, POR):

  • 由电源监控电路产生，是所有复位信号的根源。

  • 当检测到核心电压 VCC 达到有效电平时，POR 信号会被释放。

• 硬件复位 (HW_RST):

  • 由外部 HRESET_N 引脚触发，产生一个全局复位。

• ** fabric 复位 (FABRIC_POR_N)**:

  • 源自 POR 和 HW_RST，用于复位 FPGA 架构逻辑。

• 系统控制器复位 (SYS_CONTROLLER_RST):

  • SoC 特有。复位整个微控制器子系统（MSS），包括 E51 和 U54 核心。

• 调试复位 (DEBUG_RST):

  • 由调试器通过 JTAG 发起，用于复位调试逻辑。

 

3. 启动流程 (Boot Flow)

这是文档中最关键的部分，详细描述了复位释放后芯片内部的操作序列。

Phase 0: 电源稳定与 POR

• 电源按要求序列上电并稳定。

• 芯片内部的 POR 电路监控电压，一旦 VCC 有效，POR 信号被释放。

Phase 1: 硬件初始化与启动源选择

• 器件解除复位，开始内部初始化。

• 采样配置引脚 (MODE[4:0]): 器件根据这些引脚的电平状态，锁定启动源（如 SPI Flash, eNVM, SD卡等）和其他关键配置（如调试是否启用、安全启动模式等）。此采样仅在 POR 之后进行一次。

 

Phase 2: BootROM 执行 (Stage 0)

• SoC 特有。E51 作为启动核心（Boot Hart）开始执行固化在芯片内部 ROM 中的代码。

• 主要任务:

  1. 初始化: 配置 MSS 的基础环境（如指令缓存）。

  2. 认证: 如果启用了安全启动（Fabric Authentication），它会验证 FPGA 比特流和 FSBL 代码的完整性和真实性。

  3. 加载 FSBL: 从选定的启动源中加载第一级引导程序（FSBL） 的镜像到芯片的紧耦合存储器（LIM）或 L2 Scratchpad 中。

  4. 跳转: 验证通过后，将执行权交给 FSBL。

 

Phase 3: 用户模式启动 (Stage 1 and Beyond)

• FSBL 执行: E51 核心执行用户提供的 FSBL 代码。

  • 初始化关键硬件: 如系统时钟 PLL、DDR 内存控制器、必要的外设（如 UART）。

  • 加载后续镜像: 从非易失性存储器加载更大的第二级引导程序（SSBL）或裸机应用程序到已初始化的 DDR 内存中。

  • 唤醒应用核心: 通过写寄存器，释放 U54 核心的复位，使其从指定的地址（在 DDR 中）开始执行。

  • 跳转: E51 最终跳转到 DDR 中的主应用程序代码。

• 应用程序执行: 所有核心（E51 和 U54s）开始在 DDR 中运行用户代码（裸机或操作系统）。

 

总结与关键要点

1. 电源是根基: 严格的电源序列是成功启动的绝对前提，错误的序列会导致无法预知的行为。

2. 配置采样是关键一刻: 器件在 POR 释放后立即采样 MODE[4:0] 等引脚，并锁定配置。一旦进入用户模式，这些配置就无法再更改，除非再次发生 POR。

3. BootROM 是信任根: SoC 的启动流程由硬件和不可更改的 BootROM 固件主导。它建立了最初的安全信任链（如果启用）并加载了用户的第一段代码（FSBL）。

4. E51 是启动核心: 在整个启动过程中，E51 核心是唯一从上电开始就活动的处理器核心，它负责初始化环境并唤醒其他 U54 核心。

5. 清晰的阶段划分: 启动流程清晰地分为：

   • 硬件控制阶段 (Phase 0-2): 由 POR, 配置采样, BootROM 执行组成。

   • 软件控制阶段 (Phase 3): 从 FSBL 开始，后续所有代码均由用户提供。

这份文档是理解 PolarFire SoC 底层硬件行为、排查启动失败问题和设计可靠电源电路的权威参考。