4. Versal启动与系统配置
Versal ACAP 的启动过程与 Zynq-7000、Zynq UltraScale+ MPSoC 有本质区别：它不再由单一的 BootROM 直接加载 FSBL，而是引入了一个运行在 PMC（Platform Management Controller，平台管理控制器）内部微处理器上的 PLM（Platform Loader and Manager，平台加载与管理器）作为整个芯片的“第一段固件”。理解 PLM 与 PMC 的职责边界，是掌握 Versal 启动、固件加载和调试方法的前提。
一、PMC 与 PLM：Versal 启动的根
PMC 是 Versal 内部一个独立于 NoC 和可编程逻辑的电源与系统管理域，它包含一个专用的微处理器、ROM、RAM、外设接口（QSPI、SD/eMMC、USB、以太网、JTAG 等）以及电源管理单元。芯片上电或复位后，PMC 内的 ROM 代码首先执行，从启动模式引脚指定的介质中读取 PLM 固件（通常为 plm.elf 或 plm.bin），将其加载到 PMC RAM 中并跳转执行。此后，PLM 成为整个启动流程的调度中心。
PLM 的主要职责包括：解析 PDI（Programmable Device Image，可编程器件镜像）中的分区表；按顺序加载 PL 配置数据、AI Engine 镜像、PS 端固件（如 TF-A、U-Boot、Linux）；管理电源域的上电时序；提供与 JTAG、PMC 外设的通信接口。可以说，PLM 是 Versal 启动的“引导加载器 + 电源管理器 + 镜像解析器”三合一角色。
二、启动模式与启动介质选择
Versal 的启动模式由 MODE[3:0] 引脚在上电复位时采样决定，常见模式包括：
- JTAG 模式：PLM 不主动从外部介质加载，而是等待 JTAG 主机通过 PMC JTAG 接口下载 PLM 和 PDI。适合裸片首次调试、板卡 bring-up。
- QSPI24 / QSPI32 模式：从板载 QSPI Flash 读取 PLM 和 PDI，常用于量产固化。
- SD 模式（SD0/SD1）：从 SD 卡读取
BOOT.BIN（由 PLM、PDI、固件打包而成），是开发阶段最常用的方式。 - eMMC 模式：从 eMMC 用户分区读取启动镜像。
开发阶段推荐使用 SD 启动，因为镜像替换方便；量产阶段则根据成本与可靠性选择 QSPI 或 eMMC。JTAG 模式通常与 SD 模式配合使用：先通过 SD 启动进入系统，再用 JTAG 连接进行在线调试。
三、固件加载顺序与 PDI 结构
Versal 的启动镜像通常以 PDI 为核心，PDI 内部由多个分区（Partition）组成，每个分区有类型、目标地址和校验信息。PLM 按分区表顺序处理：先加载 PL 的 bitstream 分区，再加载 AI Engine 的 CDO（Configuration Data Object），最后加载 PS 端的固件分区。典型的 SD 启动镜像 BOOT.BIN 由以下部分组成：
BOOT.BIN 组成（示例）：
[0] plm.elf → PMC RAM
[1] pdi → PL 配置 + AIE CDO
[2] bl31.elf (TF-A) → DDR 中的 EL3 运行环境
[3] u-boot.elf → DDR 中的 U-Boot
[4] system.dtb → 设备树
其中 TF-A（Trusted Firmware-A）负责初始化 DDR、建立安全环境，并跳转到 U-Boot；U-Boot 再加载 Linux 内核与根文件系统。设备树（Device Tree）在这一阶段被传入内核，描述 PS 外设、PL 中的 IP、内存映射和中断连接。
四、Linux 启动流程与设备树
从 PLM 到 Linux 用户空间的完整链路可以概括为：PMC ROM → PLM → PL 配置/AIE → TF-A → U-Boot → Linux Kernel → RootFS。设备树在这一链路中承担“硬件描述”的角色：U-Boot 将 system.dtb 传递给内核，内核据此枚举串口、SD、以太网、QSPI、PL 端 AXI IP 等设备。对于 PL 中自定义的 IP，需要在设备树中增加对应的节点，并确保 compatible 字符串与驱动匹配。
五、JTAG 与 SD 启动调试方法
实际调试中，最常见的两种组合是“SD 启动 + JTAG 在线调试”和“纯 JTAG 启动”。SD 启动时，将 BOOT.BIN 写入 SD 卡第一分区（FAT32），插入板卡后上电，串口应输出 PLM 版本、PDI 分区加载日志和 U-Boot 启动信息。若串口无输出，首先检查启动模式引脚是否被正确拉高/拉低，其次确认 BOOT.BIN 是否由正确的 PLM 与 PDI 打包生成。
JTAG 调试通常使用 Vivado 或 Vitis 的 XSCT（Xilinx Software Command-line Tool）连接。典型操作如下：
# 连接 JTAG 目标
xsct
connect
targets -set -filter {name =~ "PMC"}
# 下载 PLM 到 PMC RAM
dow plm.elf
# 下载 PDI 配置 PL 与 AIE
dow -data system.pdi 0x20000000
# 下载 TF-A 与 U-Boot
dow bl31.elf
dow u-boot.elf
# 复位并运行
rst -processor
con
在 JTAG 模式下，PLM 由主机直接下载，因此可以绕过 SD 卡或 QSPI 中的镜像，快速验证新生成的 PDI 是否正确。若 PL 配置失败，XSCT 会报告分区校验错误或超时；若 TF-A 无法初始化 DDR，则 U-Boot 不会启动，此时应检查 DDR 参数是否与板卡匹配。
chosen 节点可通过 U-Boot 的 bootargs 传递内核命令行参数，例如 console=ttyAMA0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw。调试串口无输出时，优先确认 stdout-path 是否指向正确的 UART 控制器。
六、常见启动故障与判断依据
| 现象 | 可能原因 | 排查方法 |
|---|---|---|
| 上电后串口无任何输出 | 启动模式引脚错误；PLM 未加载 | 测量 MODE 引脚电平；用 JTAG 连接 PMC 查看 PC 指针 |
| PLM 日志正常但 PL 配置失败 | PDI 分区损坏；PL 电源域未上电 | 检查 PDI 校验和；确认 PMC 电源管理寄存器状态 |
| U-Boot 启动后卡在 DDR 初始化 | DDR 参数与板卡不匹配 | 核对 TF-A 中的 DDR 配置；用 JTAG 读取 DDR 控制器寄存器 |
| 内核启动但根文件系统挂载失败 | bootargs 中 root= 设备名错误 | 在 U-Boot 中执行 printenv bootargs 并修正 |
| PL 端 IP 在 Linux 中不可见 | 设备树缺少对应节点或 compatible 不匹配 | 检查 /proc/device-tree；确认驱动已编译进内核 |
总体而言，Versal 启动调试应遵循“先 PMC/PLM，再 PL/AIE，后 PS/Linux”的层次顺序。只要 PLM 能正常输出日志，后续问题大多可定位到 PDI 分区、DDR 初始化或设备树配置三个环节。掌握 PLM 的加载逻辑与 PDI 的分区结构，就能在 JTAG 与 SD 两种调试路径之间灵活切换，快速定位启动失败的根本原因。