माइक्रोचिप UG0881 PolarFire SoC FPGA बूटिंग और कॉन्फ़िगरेशन

गारंटी

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माइक्रोसेमी के बारे में

माइक्रोचिप टेक्नोलॉजी इंक (नैस्डैक: एमसीएचपी) की पूर्ण स्वामित्व वाली सहायक कंपनी माइक्रोसेमी, एयरोस्पेस और रक्षा, संचार, डेटा सेंटर और औद्योगिक बाजारों के लिए सेमीकंडक्टर और सिस्टम समाधान का एक व्यापक पोर्टफोलियो प्रदान करती है। उत्पादों में उच्च-प्रदर्शन और विकिरण-कठोर एनालॉग मिश्रित-सिग्नल एकीकृत सर्किट, FPGAs, SoCs और ASICs शामिल हैं; बिजली प्रबंधन उत्पाद; समय और सिंक्रनाइज़ेशन डिवाइस और सटीक समय समाधान, समय के लिए दुनिया के मानक स्थापित करना; आवाज प्रसंस्करण उपकरण; आरएफ समाधान; असतत घटक; उद्यम भंडारण और संचार समाधान, सुरक्षा प्रौद्योगिकियां और स्केलेबल एंटी-टीampएर उत्पाद; ईथरनेट समाधान; पावर-ओवर-ईथरनेट आईसी और मिडस्पैन; साथ ही कस्टम डिजाइन क्षमताओं और सेवाओं। अधिक जानें www.microsemi.com.

बूटिंग और कॉन्फ़िगरेशन

PolarFire SoC FPGAs पावर-अप और रीसेट पर विश्वसनीय पावर सुनिश्चित करने के लिए उन्नत पावर-अप सर्किटरी का उपयोग करते हैं। पावर-अप और रीसेट पर, PolarFire SoC FPGA बूट-अप अनुक्रम पावर-ऑन रीसेट (POR), डिवाइस बूट, डिज़ाइन इनिशियलाइज़ेशन, माइक्रोकंट्रोलर सबसिस्टम (MSS) प्री-बूट और MSS उपयोगकर्ता बूट का अनुसरण करता है। यह दस्तावेज़ एमएसएस प्री-बूट और एमएसएस उपयोगकर्ता बूट का वर्णन करता है। POR, डिवाइस बूट और डिज़ाइन इनिशियलाइज़ेशन के बारे में जानकारी के लिए, UG0890 देखें: PolarFire SoC FPGA पावर-अप और रीसेट यूज़र गाइड।
MSS सुविधाओं के बारे में अधिक जानकारी के लिए, UG0880 देखें: PolarFire SoC MSS उपयोगकर्ता मार्गदर्शिका।

बूट-अप अनुक्रम
बूट-अप अनुक्रम तब शुरू होता है जब PolarFire SoC FPGA संचालित-अप या रीसेट होता है। यह तब समाप्त होता है जब प्रोसेसर एक एप्लिकेशन प्रोग्राम को निष्पादित करने के लिए तैयार होता है। यह बूटिंग अनुक्रम कई एस के माध्यम से चलता हैtagइससे पहले कि यह कार्यक्रमों का निष्पादन शुरू करे।
बूट-अप प्रक्रिया के दौरान संचालन का एक सेट निष्पादित किया जाता है जिसमें हार्डवेयर का पावर-ऑन रीसेट, पेरिफेरल इनिशियलाइज़ेशन, मेमोरी इनिशियलाइज़ेशन, और उपयोगकर्ता-परिभाषित एप्लिकेशन को गैर-वाष्पशील मेमोरी से निष्पादन के लिए वाष्पशील मेमोरी में लोड करना शामिल है।

निम्नलिखित आंकड़ा बूट-अप अनुक्रम के विभिन्न चरणों को दर्शाता है।

आंकड़ा 1  बूट-अप अनुक्रम

एमएसएस प्री-बूट

डिजाइन इनिशियलाइजेशन के सफल समापन पर, एमएसएस प्री-बूट अपना निष्पादन शुरू करता है। MSS को सभी सामान्य स्टार्टअप प्रक्रियाओं के पूरा होने के बाद रीसेट से रिलीज़ किया जाता है। सिस्टम नियंत्रक उपकरणों की प्रोग्रामिंग, आरंभीकरण और कॉन्फ़िगरेशन का प्रबंधन करता है। MSS प्री-बूट नहीं होता है यदि प्रोग्राम किए गए डिवाइस को सिस्टम कंट्रोलर सस्पेंड मोड के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है।
प्रारंभ के एमएसएस प्री-बूट चरण को सिस्टम कंट्रोलर फर्मवेयर द्वारा समन्वित किया जाता है, हालांकि यह प्री-बूट अनुक्रम के कुछ हिस्सों को करने के लिए एमएसएस कोर कॉम्प्लेक्स में ई51 का उपयोग कर सकता है।
एमएसएस प्री-बूट एस के दौरान निम्नलिखित घटनाएं होती हैंtage:

• MSS एम्बेडेड गैर-वाष्पशील मेमोरी (eNVM) का पावर-अप
• MSS कोर कॉम्प्लेक्स L2 कैश से जुड़े रिडंडेंसी रिपेयर की शुरुआत
• उपयोगकर्ता बूट कोड का प्रमाणीकरण (यदि उपयोगकर्ता सुरक्षित बूट विकल्प सक्षम है)
• प्रचालनात्मक एमएसएस को उपयोक्ता बूट कोड को सौंपें

एमएसएस कोर कॉम्प्लेक्स को चार मोड में से एक में बूट किया जा सकता है। निम्न तालिका MSS प्री-बूट विकल्पों को सूचीबद्ध करती है, जिन्हें कॉन्फ़िगर किया जा सकता है और sNVM में प्रोग्राम किया जा सकता है। बूट मोड को उपयोक्ता पैरामीटर U_MSS_BOOTMODE[1:0] द्वारा परिभाषित किया गया है। अतिरिक्त बूट कॉन्फ़िगरेशन डेटा मोड-निर्भर है और उपयोगकर्ता पैरामीटर U_MSS_BOOTCFG द्वारा परिभाषित किया गया है (तालिका 3, पृष्ठ 4 और तालिका 5, पृष्ठ 6 देखें)।

टेबल तीन • एमएसएस कोर कॉम्प्लेक्स बूट मोड

U_MSS_BOOTMODE [1:0]	तरीका	विवरण
0	निष्क्रिय बूट	MSS कोर कॉम्प्लेक्स बूट ROM से बूट होता है यदि MSS कॉन्फ़िगर नहीं किया गया है
1	गैर-सुरक्षित बूट	MSS कोर कॉम्प्लेक्स U_MSS_BOOTADDR द्वारा परिभाषित पते से सीधे बूट होता है
2	उपयोगकर्ता सुरक्षित बूट	MSS कोर कॉम्प्लेक्स sNVM से बूट होता है
3	फैक्टरी सुरक्षित बूट	एमएसएस कोर कॉम्प्लेक्स बूट फैक्ट्री सुरक्षित बूट प्रोटोकॉल का उपयोग कर रहा है

बूट विकल्प को लिबरो डिज़ाइन प्रवाह के भाग के रूप में चुना गया है। मोड को बदलना केवल एक नई एफपीजीए प्रोग्रामिंग की पीढ़ी के माध्यम से हासिल किया जा सकता है file.

चित्र 2 • एमएसएस प्री-बूट प्रवाह

निष्क्रिय बूट

यदि एमएसएस कॉन्फ़िगर नहीं किया गया है (उदाहरण के लिएample, ब्लैंक डिवाइस), तो MSS कोर कॉम्प्लेक्स एक बूट ROM प्रोग्राम को निष्पादित करता है जो सभी प्रोसेसर को एक अनंत लूप में रखता है जब तक कि एक डिबगर लक्ष्य से कनेक्ट नहीं हो जाता। बूट वेक्टर रजिस्टर डिवाइस के रीसेट होने तक या एक नया बूट मोड कॉन्फ़िगरेशन प्रोग्राम किए जाने तक उनके मूल्य को बनाए रखता है। कॉन्फ़िगर किए गए उपकरणों के लिए, इस मोड का उपयोग करके कार्यान्वित किया जा सकता है
U_MSS_BOOTMODE=0 लाइबेरो विन्यासकर्ता में बूट विकल्प।

टिप्पणी: इस मोड में, U_MSS_BOOTCFG का उपयोग नहीं किया जाता है।

निम्न चित्र निष्क्रिय बूट प्रवाह दिखाता है।
चित्र तीन • निष्क्रिय बूट प्रवाह

गैर-सुरक्षित बूट

इस मोड में, एमएसएस कोर कॉम्प्लेक्स एक निर्दिष्ट ईएनवीएम पते से प्रमाणीकरण के बिना निष्पादित करता है। यह सबसे तेज़ बूट विकल्प प्रदान करता है, लेकिन कोड छवि का कोई प्रमाणीकरण नहीं है। लिबरो विन्यासकर्ता में U_MSS_BOOTADDR सेट करके पता निर्दिष्ट किया जा सकता है। इस मोड का उपयोग FIC के माध्यम से किसी FPGA फैब्रिक मेमोरी संसाधन से बूट करने के लिए भी किया जा सकता है। इस मोड का उपयोग करके कार्यान्वित किया जाता है
U_MSS_BOOTMODE=1 बूट विकल्प।
MSS कोर कॉम्प्लेक्स U_MSS_BOOTCFG द्वारा परिभाषित बूट वैक्टर के साथ रीसेट से जारी किया गया है (जैसा कि निम्न तालिका में सूचीबद्ध है)।

टेबल तीन • U_MSS_BOOTCFG गैर-सुरक्षित बूट मोड में उपयोग 1

ऑफसेट (बाइट्स)	आकार (बाइट्स)	नाम	विवरण
0	4	बूटवीसी0	E51 के लिए बूट वेक्टर
4	4	बूटवीसी1	U540 के लिए बूट वेक्टर
8	4	बूटवीसी2	U541 के लिए बूट वेक्टर
16	4	बूटवीसी3	U542 के लिए बूट वेक्टर
20	4	बूटवीसी4	U543 के लिए बूट वेक्टर

निम्न आंकड़ा गैर-सुरक्षित बूट प्रवाह दिखाता है।
चित्र तीन • गैर-सुरक्षित बूट प्रवाह

उपयोगकर्ता सुरक्षित बूट
यह मोड उपयोगकर्ता को अपने स्वयं के कस्टम सुरक्षित बूट को लागू करने की अनुमति देता है और उपयोगकर्ता सुरक्षित बूट कोड को एसएनवीएम में रखा जाता है। एसएनवीएम एक 56 केबी की गैर-वाष्पशील मेमोरी है जिसे बिल्ट-इन फिजिकली अनक्लोनेबल फंक्शन (पीयूएफ) द्वारा संरक्षित किया जा सकता है। यह बूट विधि सुरक्षित मानी जाती है क्योंकि ROM के रूप में चिन्हित sNVM पृष्ठ अपरिवर्तनीय हैं। पावर अप होने पर, सिस्टम कंट्रोलर यूजर सिक्योर बूट कोड को sNVM से E51 मॉनिटर कोर के डेटा टाइट इंटीग्रेटेड मेमोरी (DTIM) में कॉपी करता है। E51 उपयोक्ता सुरक्षित बूट कोड का निष्पादन आरंभ करता है।
यदि उपयोगकर्ता सुरक्षित बूट कोड का आकार DTIM के आकार से अधिक है, तो उपयोगकर्ता को बूट कोड को दो भागों में विभाजित करना होगाtagतों। एसएनवीएम में अगला एस हो सकता हैtagउपयोक्ता बूट अनुक्रम का e, जो अगले बूट s का प्रमाणीकरण कर सकता हैtagई उपयोगकर्ता प्रमाणीकरण/डिक्रिप्शन एल्गोरिदम का उपयोग कर रहा है।
यदि प्रमाणित या एन्क्रिप्टेड पृष्ठों का उपयोग किया जाता है तो वही USK कुंजी (अर्थात,
U_MSS_BOOT_SNVM_USK) सभी प्रमाणीकृत/एन्क्रिप्टेड पृष्ठों के लिए उपयोग किया जाना चाहिए।
यदि प्रमाणीकरण विफल हो जाता है, तो MSS कोर कॉम्प्लेक्स को रीसेट में रखा जा सकता है और BOOT_FAIL tampएर झंडा उठाया जा सकता है। यह मोड U_MSS_BOOTMODE=2 बूट विकल्प के प्रयोग से लागू किया गया है।

टेबल तीन •  उपयोगकर्ता सुरक्षित बूट में U_MSS_BOOTCFG उपयोग

ऑफसेट (बाइट्स)	आकार (बाइट्स)	नाम	विवरण
0	1	U_MSS_BOOT_SNVM_PAGE	SNVM में पृष्ठ प्रारंभ करें
1	3	आरक्षित	संरेखण के लिए
4	12	U_MSS_BOOT_SNVM_USK	प्रमाणीकृत/एन्क्रिप्टेड पृष्ठों के लिए

निम्न आंकड़ा उपयोगकर्ता सुरक्षित बूट प्रवाह दिखाता है।
चित्र तीन • उपयोगकर्ता सुरक्षित बूट प्रवाह

फैक्टरी सुरक्षित बूट
इस मोड में, सिस्टम कंट्रोलर eNVM से सिक्योर बूट इमेज सर्टिफिकेट (SBIC) पढ़ता है और SBIC को मान्य करता है। सफल सत्यापन पर, सिस्टम कंट्रोलर फ़ैक्टरी सुरक्षित बूट कोड को उसके निजी, सुरक्षित मेमोरी क्षेत्र से कॉपी करता है और इसे E51 मॉनिटर कोर के DTIM में लोड करता है। डिफ़ॉल्ट सुरक्षित बूट SBIC का उपयोग करके eNVM छवि पर एक हस्ताक्षर जाँच करता है जो eNVM में संग्रहीत है। यदि कोई त्रुटि रिपोर्ट नहीं की जाती है, तो एमएसएस कोर कॉम्प्लेक्स को रीसेट जारी किया जाता है। यदि त्रुटियों की सूचना दी जाती है, तो MSS कोर कॉम्प्लेक्स को रीसेट में रखा जाता है और BOOT_FAIL tampएर झंडा उठाया है। उसके बाद, सिस्टम नियंत्रक पर सक्रिय होता हैampएर फ्लैग जो उपयोगकर्ता कार्रवाई के लिए FPGA फैब्रिक को एक संकेत देता है। यह मोड U_MSS_BOOTMODE=3 बूट विकल्प के प्रयोग से कार्यान्वित किया जाता है।

SBIC में संरक्षित बाइनरी ब्लॉब का पता, आकार, हैश और एलिप्टिक कर्व डिजिटल सिग्नेचर एल्गोरिथम (ECDSA) सिग्नेचर शामिल हैं। ECDSA डिजिटल सिग्नेचर एल्गोरिथम का एक प्रकार प्रदान करता है जो अण्डाकार वक्र क्रिप्टोग्राफी का उपयोग करता है। इसमें प्रत्येक हार्डवेयर के लिए रीसेट वेक्टर भी होता है
सिस्टम में थ्रेड/कोर/प्रोसेसर कोर (हार्ट)।

टेबल तीन •  सिक्योर बूट इमेज सर्टिफिकेट (SBIC)

ओफ़्सेट	आकार (बाइट्स)	कीमत	विवरण
0	4	इमेजएडीआर	एमएसएस मेमोरी मैप में यूबीएल का पता
4	4	इमेजलेन	बाइट्स में यूबीएल का आकार
8	4	बूटवीसी0	E51 के लिए UBL में बूट वेक्टर
12	4	बूटवीसी1	U540 के लिए UBL में बूट वेक्टर
16	4	बूटवीसी2	U541 के लिए UBL में बूट वेक्टर
20	4	बूटवीसी3	U542 के लिए UBL में बूट वेक्टर
24	4	बूटवीसी4	U543 के लिए UBL में बूट वेक्टर
28	1	विकल्प [7:0]	एसबीआईसी विकल्प
28	3	आरक्षित
32	8	संस्करण	एसबीआईसी/छवि संस्करण
40	16	डीएसएन	वैकल्पिक डीएसएन बाध्यकारी
56	48	H	UBL छवि SHA-384 हैश
104	104	कोडसिग	डीईआर-एन्कोडेड ईसीडीएसए हस्ताक्षर
कुल	208	बाइट्स

डीएसएन
यदि DSN फ़ील्ड गैर-शून्य है, तो इसकी तुलना डिवाइस के अपने सीरियल नंबर से की जाती है। यदि तुलना विफल हो जाती है, तो boot_fail tampएर ध्वज सेट किया गया है और प्रमाणीकरण निरस्त कर दिया गया है।

संस्करण
यदि SBIC निरस्तीकरण U_MSS_REVOCATION_ENABLE द्वारा सक्षम किया गया है, तो SBIC को तब तक अस्वीकार कर दिया जाता है जब तक कि VERSION का मान निरस्तीकरण सीमा से अधिक या उसके बराबर न हो।

एसबीआईसी निरसन विकल्प
यदि SBIC निरस्तीकरण U_MSS_REVOCATION_ENABLE द्वारा सक्षम किया गया है और विकल्प [0] '1' है, तो SBIC के पूर्ण प्रमाणीकरण पर संस्करण से कम सभी SBIC संस्करण निरस्त कर दिए जाते हैं। निरसन दहलीज तब तक नए मूल्य पर बनी रहती है जब तक कि यह विकल्प [0] = '1' और एक उच्च संस्करण क्षेत्र के साथ भविष्य के एसबीआईसी द्वारा फिर से बढ़ जाती है। निरसन दहलीज को केवल इस तंत्र का उपयोग करके बढ़ाया जा सकता है और केवल बिट-स्ट्रीम द्वारा रीसेट किया जा सकता है।
जब निरसन दहलीज को गतिशील रूप से अद्यतन किया जाता है, तो पासकोड के लिए उपयोग की जाने वाली अनावश्यक भंडारण योजना का उपयोग करके सीमा को संग्रहीत किया जाता है, जैसे कि डिवाइस बूट के दौरान बिजली की विफलता बाद के डिवाइस बूट को विफल करने का कारण नहीं बनती है। यदि निरसन थ्रेशोल्ड का अद्यतन विफल रहता है, तो यह गारंटी दी जाती है कि थ्रेशोल्ड मान या तो नया मान है या पिछला मान है।

टेबल तीन • फ़ैक्टरी बूट लोडर मोड में U_MSS_BOOTCFG उपयोग

ऑफसेट (बाइट्स)	आकार (बाइट्स)	नाम	विवरण
0	4	U_MSS_SBIC_ADDR	एमएसएस एड्रेस स्पेस में एसबीआईसी का पता
4	4	U_MSS_REVOCATION_ENABLE	गैर-शून्य होने पर एसबीआईसी निरसन सक्षम करें

निम्न चित्र फ़ैक्टरी सुरक्षित बूट प्रवाह दिखाता है।
चित्र तीन • फैक्टरी सुरक्षित बूट प्रवाह

एमएसएस उपयोगकर्ता बूट 

एमएसएस उपयोगकर्ता बूट तब होता है जब सिस्टम नियंत्रक से एमएसएस कोर कॉम्प्लेक्स को नियंत्रण दिया जाता है। सफल एमएसएस प्री-बूट पर, सिस्टम नियंत्रक एमएसएस कोर कॉम्प्लेक्स में रीसेट जारी करता है। एमएसएस को निम्न तरीकों में से एक में बूट किया जा सकता है:

• बेयर मेटल एप्लीकेशन
• लिनक्स अनुप्रयोग
• AMP आवेदन

बेयर मेटल एप्लीकेशन

PolarFire SoC के लिए नंगे धातु अनुप्रयोगों को सॉफ्टकंसोल टूल का उपयोग करके विकसित किया जा सकता है। यह टूल आउटपुट प्रदान करता है file.hex के रूप में है जिसका उपयोग लिबरो प्रवाह में प्रोग्रामिंग बिटस्ट्रीम में शामिल करने के लिए किया जा सकता है file. J का उपयोग करके बेयर मेटल अनुप्रयोगों को डिबग करने के लिए समान टूल का उपयोग किया जा सकता हैTAG
इंटरफ़ेस.
निम्नलिखित आंकड़ा सॉफ्टकंसोल बेयर मेटल एप्लिकेशन को दिखाता है जिसमें E51 मॉनिटर कोर सहित पांच हार्ट्स (कोर) हैं।

चित्र तीन • सॉफ्टकंसोल प्रोजेक्ट

लिनक्स अनुप्रयोग

यह खंड सभी U54 कोर पर चल रहे लिनक्स के लिए बूट अनुक्रम का वर्णन करता है।
एक विशिष्ट बूट प्रक्रिया में तीन एस होते हैंtagई.एस. सबसे पहलेtagई बूट लोडर (FSBL) ऑन-चिप बूट फ्लैश (eNVM) से निष्पादित होता है। FSBL दूसरे s को लोड करता हैtagई बूट लोडर (एसएसबीएल) बूट डिवाइस से बाहरी रैम या कैश में। बूट डिवाइस ईएनवीएम या एम्बेडेड मेमोरी माइक्रोकंट्रोलर (ईएमएमसी) या बाहरी एसपीआई फ्लैश हो सकता है। एसएसबीएल लिनक्स ऑपरेटिंग सिस्टम को बूट डिवाइस से बाहरी रैम में लोड करता है। तीसरे एस मेंtagई, लिनक्स को बाहरी रैम से निष्पादित किया जाता है।

निम्नलिखित आंकड़ा लिनक्स बूट प्रक्रिया प्रवाह को दर्शाता है।
चित्र तीन • विशिष्ट लिनक्स बूट प्रक्रिया प्रवाह

FSBL, डिवाइस ट्री, Linux, और YOCTO बिल्ड का विवरण, Linux को कैसे बनाया और कॉन्फ़िगर किया जाए, इस दस्तावेज़ के भविष्य के रिलीज़ में प्रदान किया जाएगा।

AMP आवेदन
Libero MSS Configurator का विस्तृत विवरण और सॉफ्टकंसोल का उपयोग करके बहु-प्रोसेसर अनुप्रयोगों को कैसे डिबग करना है, इस दस्तावेज़ के भविष्य के रिलीज में प्रदान किया जाएगा।

बूटिंग के विभिन्न स्रोत
इस दस्तावेज़ के भविष्य के संस्करणों में अद्यतन करने के लिए।

बूट विन्यास
इस दस्तावेज़ के भविष्य के संस्करणों में अद्यतन करने के लिए।

परिवर्णी शब्द

इस दस्तावेज़ में निम्नलिखित संक्षिप्त शब्दों का उपयोग किया गया है।

टेबल तीन •  संक्षिप्त शब्दों की सूची

एक्रोनिम का विस्तार किया गया

• AMP असममित बहु-प्रसंस्करण
• डीटीआईएम डेटा टाइट इंटीग्रेटेड मेमोरी (जिसे SRAM भी कहा जाता है)
• ईसीडीएसए अण्डाकार वक्र डिजिटल हस्ताक्षर एल्गोरिदम
• ईएनवीएम एम्बेडेड गैर-वाष्पशील मेमोरी
• एफएसबीएल प्रथम एसtagई बूट लोडर
• हिरन हार्डवेयर धागा/कोर/प्रोसेसर कोर
• एमएसएस माइक्रोप्रोसेसर सबसिस्टम
• पोर पावर ऑन रीसेट
• PUF शारीरिक रूप से अप्राप्य कार्य
• ROM केवल पढ़ने के लिये मेमोरी
• एससीबी सिस्टम कंट्रोलर ब्रिज
• एसएनवीएम सुरक्षित गैर-वाष्पशील मेमोरी

संशोधन इतिहास

संशोधन इतिहास दस्तावेज़ में लागू किए गए परिवर्तनों का वर्णन करता है। परिवर्तन वर्तमान प्रकाशन से शुरू होकर संशोधन द्वारा सूचीबद्ध हैं।

संशोधन 2.0
इस संशोधन में किए गए परिवर्तनों का सारांश निम्नलिखित है।

• फ़ैक्टरी सुरक्षित बूट के बारे में जानकारी अद्यतन की गई थी।
• बेयर मेटल एप्लिकेशन के बारे में जानकारी अपडेट की गई थी।

संशोधन 1.0
इस दस्तावेज़ का पहला प्रकाशन।

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दस्तावेज़ / संसाधन

माइक्रोचिप UG0881 PolarFire SoC FPGA बूटिंग और कॉन्फ़िगरेशन [पीडीएफ] उपयोगकर्ता गाइड UG0881 PolarFire SoC FPGA बूटिंग और कॉन्फ़िगरेशन, UG0881, PolarFire SoC FPGA बूटिंग और कॉन्फ़िगरेशन, बूटिंग और कॉन्फ़िगरेशन

संदर्भ

• उपयोगकर्ता पुस्तिका