ZYNQ Alternate Boot Mode 设置

ZCU106 Alternate Boot Mode、System Reset 与 POR 指南

本文解释 Zynq UltraScale+ MPSoC 的 Alternate Boot Mode，并给出 Vitis 2022.1/XSDB 可直接执行的命令。核心结论是：

写入 Alternate Boot Mode 只是在寄存器中准备下一次启动模式，不会立即复位。随后执行rst -system，CSU BootROM 才会在一次 system reset 中使用 alternate 模式；这不是 POR。

1. 三种复位要分开

rst -processor只复位当前 A53/R5 核。例如 R5 在VINITHI=1时会回到0xFFFF0000；它不会重新加载 SD/QSPI 镜像，也不会再次执行 BootROM 的 XIP OCM 跳板。

rst -system会重建处理器/DAP target并重新执行 CSU BootROM，但不会产生真正的电源上电复位。已写入的BOOT_MODE_USER.USE_ALT/ALT_BOOT_MODE能在该流程中被 BootROM 使用。

POR 会重新采样板上启动拨码。冷启动验证、改变拨码后的验证以及怀疑 warm-reset 残留状态时，应断电重上电或使用明确的 POR 硬件信号。

2.BOOT_MODE_USER位域

寄存器：

CRL_APB_BOOT_MODE_USER = 0xFF5E0200 CRL_APB_BOOT_MODE_POR = 0xFF5E0204

BOOT_MODE_USER：

bit[15:12] ALT_BOOT_MODE bit[8] USE_ALT bit[3:0] BOOT_MODE（当前物理启动引脚值）

Alternate 写值计算：

value = (ALT_BOOT_MODE << 12) | (1 << 8)

常用编码：

ZCU106 当前 SD 卡路径实测使用SD1_LS=0xE；QSPI 当前物理模式实测为QSPI24=0x1。

写0xE100后，如果物理拨码仍是 QSPI24，读回可能是：

BOOT_MODE_USER = 0x0000E101

如果物理低四位是 SD1-LS，则可能读回0x0000E10E。判断 alternate 模式要查看 bit[15:12] 和 bit[8]，不能只看最低四位。

3. Alternate Boot 的实际时序

JTAG 写 BOOT_MODE_USER | | 此时 CPU 仍继续运行，BootROM 没有重新执行 v 执行 rst -system | | system reset，不是 POR v CSU BootROM 读取 USE_ALT | +-- USE_ALT=1：使用 ALT_BOOT_MODE | +-- USE_ALT=0：使用物理 boot pins v 从指定设备启动并释放 A53/R5

Alternate Boot 适合在不改变拨码和不重新插拔 SD 卡的情况下，对比同一次上电中的 SD/QSPI/JTAG BootROM 路径。它不能完全代替冷启动验证，因为某些电源域、外设和寄存器只在 POR 后回到真正的初始状态。

4. 一键脚本

脚本：

build/zcu106_fsbl/boot_alt_mode.tcl

强制 QSPI24 并 system reset：

cd F:\code\embeddedsw &'D:\App_Software\vivado\install\Vitis\2022.1\bin\xsdb.bat'`'.\build\zcu106_fsbl\boot_alt_mode.tcl'qspi24

强制 ZCU106 SD1-LS：

&'D:\App_Software\vivado\install\Vitis\2022.1\bin\xsdb.bat'`'F:\code\embeddedsw\build\zcu106_fsbl\boot_alt_mode.tcl'sd1_ls

强制 JTAG boot：

&'D:\App_Software\vivado\install\Vitis\2022.1\bin\xsdb.bat'`'F:\code\embeddedsw\build\zcu106_fsbl\boot_alt_mode.tcl'jtag

清除 alternate 并按物理拨码 system reset：

&'D:\App_Software\vivado\install\Vitis\2022.1\bin\xsdb.bat'`'F:\code\embeddedsw\build\zcu106_fsbl\boot_alt_mode.tcl'physical

脚本参数还支持qspi32、sd0和sd1。脚本会打印 reset 前后两个 boot mode 寄存器、RPU 配置和 target 状态。

5. XSCT Console 手工操作

在 Vitis 选择Xilinx -> XSCT Console。

QSPI24

connect -url tcp:127.0.0.1:3121 targets -set -nocase -filter {name =~ "PSU"} mwr 0xFF5E0200 0x00001100 mrd 0xFF5E0200 2 rst -system after 3000 targets

SD1-LS

targets -set -nocase -filter {name =~ "PSU"} mwr 0xFF5E0200 0x0000E100 rst -system after 3000 targets

恢复物理拨码

targets -set -nocase -filter {name =~ "PSU"} mwr 0xFF5E0200 0x00000000 rst -system after 3000

只执行mwr ... 0而不 reset，只会清除下一次启动的 alternate 选择；当前已经运行的程序不会改变。

6. Vitis IDE 操作

Vitis 2022.1 没有单独的 Alternate Boot 对话框，最稳定的 GUI 工作流是在 IDE 内使用 XSCT Console：

1. Vivado Hardware ManagerOpen Target -> Auto Connect，或启动本机hw_server。
2. 打开 Vitis workspace。
3. Xilinx -> XSCT Console。
4. 输入上一节命令，或执行：

source F:/code/embeddedsw/build/zcu106_fsbl/boot_alt_mode.tcl

脚本需要一个参数，因此推荐从 PowerShell 调用；在 XSCT Console 手工操作时直接使用mwr/rst命令更清楚。

5. reset 后打开 Debug perspective，刷新 Targets，Attach 到新出现的 A53/R5。
6. 不要让 Debug Configuration 再执行一次 system reset，否则可能覆盖刚完成的启动现场。

7. 实测对照

现有脚本compare_r5_mpu_alt_sd_qspi.tcl在同一次上电中依次执行 alternate SD1-LS 和 QSPI24：

&'D:\App_Software\vivado\install\Vitis\2022.1\bin\xsdb.bat'`'F:\code\embeddedsw\build\zcu106_fsbl\compare_r5_mpu_alt_sd_qspi.tcl'

结果：

SD1-LS non-XIP: PC = 0xFFFC00E8 SCTLR.M = 0 QSPI24 XIP: PC = 0xC00400E8 SCTLR.M = 1 Region 1 = base 0xC0000000, attr 0x30B, size 0x39

该实验使用的是两次rst -system，不是两次 POR。这一点正是 Alternate Boot 的价值：不用移动拨码即可让 BootROM走不同启动分支，并比较 OCM/CPU 上下文。

8. 什么情况下必须 POR

以下情况优先断电重上电：

• 刚改变物理拨码，需要验证真实冷启动模式。
• QSPI/SD 控制器因失败实验处于未知状态。
• DAP sticky error 无法通过普通 reset 清除。
• 电源域、PLL、DDR、OCM ECC 或安全状态可能保留 warm-reset 上下文。
• 要证明产品上电行为，而不是调试阶段的 BootROM 分支。

通过 JTAG 控制 POR 引脚属于硬件级操作，使用前应确认线缆支持并避免在 Flash 写入过程中触发。日常最可靠的 POR 方法仍是关闭板卡电源，等待电源完全下降后重新上电。

9. 常见误区

10.实际运行效果

PS F:\code\embeddedsw>&'D:\App_Software\vivado\install\Vitis\2022.1\bin\xsdb.bat' `>>'.\build\zcu106_fsbl\boot_alt_mode.tcl' qspi24 BOOT_MODE_USER before:FF5E0200:00000000BOOT_MODE_POR:FF5E0204:00000000Requested qspi24:ALT_BOOT_MODE=0x1USE_ALT=1write=0x00001100BOOT_MODE_USER armed:FF5E0200:00001101Issuing systemreset(not POR)...BOOT_MODE_USER after:FF5E0200:00001101BOOT_MODE_POR after:FF5E0204:00000000RPU_0_CFG:FF9A0100:00000005Targets after boot:1PS TAP2PMU3PL4*PSU5RPU6Cortex-R5 #0(Running)7Cortex-R5 #1(Reset)8APU(L2 Cache Reset)9Cortex-A53 #0(APU Reset)10Cortex-A53 #1(APU Reset)11Cortex-A53 #2(APU Reset)12Cortex-A53 #3(APU Reset)

11. 附录

boot_alt_mode.tcl脚本的详细代码如下

if{$argc!=1}{puts"Usage: xsdb boot_alt_mode.tcl <qspi24|qspi32|sd0|sd1|sd1_ls|jtag|physical>"exit2}set requested[string tolower[lindex $argv0]]array set boot_codes{jtag0x0qspi240x1qspi320x2sd00x3sd10x5sd1_ls0xE}connect-url tcp:127.0.0.1:3121after400targets-set-nocase-filter{name=~"PSU"}puts"BOOT_MODE_USER before: [mrd -force 0xFF5E0200 1]"puts"BOOT_MODE_POR: [mrd -force 0xFF5E0204 1]"if{$requested eq"physical"}{#USE_ALT=0.The low BOOT_MODE bits remain the live physical pin value.mwr0xFF5E02000x00000000puts"Cleared USE_ALT; next system reset uses physical boot pins."}elseif{[info existsboot_codes($requested)]}{set code $boot_codes($requested)set value[expr{($code<<12)|(1<<8)}]mwr0xFF5E0200$value puts[format"Requested %s: ALT_BOOT_MODE=0x%X USE_ALT=1 write=0x%08X"\ $requested $code $value]}else{puts"Unknown mode: $requested"disconnect exit2}puts"BOOT_MODE_USER armed: [mrd -force 0xFF5E0200 1]"puts"Issuing system reset (not POR)..."rst-system after3000targets-set-nocase-filter{name=~"PSU"}puts"BOOT_MODE_USER after: [mrd -force 0xFF5E0200 1]"puts"BOOT_MODE_POR after: [mrd -force 0xFF5E0204 1]"puts"RPU_0_CFG: [mrd -force 0xFF9A0100 1]"puts"Targets after boot:"puts[targets]disconnect exit