介绍 Stratix 10 SOC 开发中，通过开源 U-Boot 和 Arm Trusted Firmware (ATF) 替代 EDA 工具生成 FSBL，实现多板适配。内容涵盖环境准备（Quartus Prime Pro, Ubuntu/WSL）、交叉编译工具链配置、ATF 编译生成 bl31.bin、U-Boot 编译集成 ATF 镜像、以及将 SPL 转换为 HEX 格式以打包 HPS SOF 文件用于 JTAG 加载的全过程。解决了 WSL 时间同步导致的编译警告及缺少外部 Blob 文件的错误。
上节介绍了 Stratix 10 SOC 的 Boot 机制，提出了 Boot 方式的选择方法、系统架构设计建议及软件开发调试所需文件依赖。
GHRD (Golden Hardware Reference Design) 工程自定义设计的开发调试通过 JTAG 加载实现，需要软件生成 JTAG 加载所需的文件。之前通过 Quartus 工具综合 + 实现已生成 sof 文件，这里还需要 HPS FSBL 文件，然后将 sof 文件和 HPS FSBL 文件打包成 HPS SOF 文件，用于 JTAG 加载启动。
由上图可知，需要通过 HPS Bootloader 源码编译生成 HPS FSBL 文件。这与之前的 FPGA 器件通过 Quartus 工具的 BSP Generator 生成 FSBL 的方式不同，优势在于：之前的生成 FSBL 方式需要依托于 EDA 工具高度定制，每板需要一个镜像；而 Stratix 10 和 Agilex 器件使用开源的 U-Boot 源码，一个镜像可以适配多个板。
接下来展示 HPS FSBL 的编译过程，编译过程中会遇到一些问题，一起来解决。
Quartus Prime Pro 25.1（或其他版本，建议 25.1 以上）
建议 Ubuntu 22.04
建议 Windows 11 安装 WSL，具体搭建方式请参考相关文档。
具体请参考 RocketBoards 官方文档，大致流程如下：
GitHub 链接：GitHub - altera-fpga/u-boot-socfpga 建议使用 Latest stable branch（无 RC 标签）。
wget https://developer.arm.com/-/media/Files/downloads/gnu/11.2-2022.02/binrel/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu.tar.xz
tar xf gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu.tar.xz
rm -f gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu.tar.xz
export PATH=`pwd`/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin:$PATH
注意此时 aarch64-none-linux-gnu 安装在 linux 根目录下。
解压后切换到 U-Boot 源码路径，并设置编译工具链环境变量：
cd /mnt/g/Stratix10_uboot/u-boot-socfpga-socfpga_v2025.07/
export PATH=/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin:$PATH
export CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu-
make socfpga_stratix10_defconfig
该命令将 ./configs/socfpga_stratix10_defconfig 文件内的配置信息刷到 U-Boot 根目录下的 generated_defconfig 文件。
make -j
可自动生成 SPL 和 U-Boot。
编译过程可能会提示没有 gcc 或者 python 等依赖，使用以下命令安装：
sudo apt update
sudo apt install build-essential
sudo apt install python3
编译过程出现 make[1]: warning: Clock skew detected. Your build may be incomplete，是因为 Makefile 的修改时间大于系统的当前时间，这里是 WSL 系统时间同步问题。
查询 WSL 系统的当前时间，可能比 Windows 系统时间慢。安装后台同步时间的服务 chrony：
sudo apt update
sudo apt install chrony
sudo systemctl status chrony
再次查询 WSL 系统的当前时间，应与 Windows 系统时间相同。
重新编译 U-Boot 后，报错提示：Image 'u-boot' is missing external blobs and is non-functional: blob-ext 或 bl31.bin。
出现该错误的原因是 U-Boot 编译需要 ATF 支持，但缺少关键的二进制 blob 文件 (bl31.bin)。bl31.bin 是 ATF 的 Stage 3-1 镜像，负责提供安全监控调用 (SMC)、PSCI 电源管理等服务。U-Boot 的 FIT 镜像在 build 时需要把 bl31.bin 打包进去，但找不到该文件，故 Binman 报错并中止编译。
GitHub 链接：GitHub - altera-fpga/arm-trusted-firmware 建议使用 Latest stable branch。
解压后切换到 ATF 源码路径，设置编译工具链环境变量，并检查交叉编译工具链是否 ok：
cd /mnt/g/Stratix10_uboot/arm-trusted-firmware-socfpga_v2.13.0/
export PATH=/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin:$PATH
export CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu-
aarch64-none-linux-gnu-gcc --version
make PLAT=stratix10 clean
make PLAT=stratix10 all
在 ./build/stratix10/release 路径下成功编译 bl2.bin, bl31.bin。
切换到 U-Boot 源码路径，把刚才编译好的 bl31.bin 复制到 U-Boot 根目录：
cp /mnt/g/Stratix10_uboot/arm-trusted-firmware-socfpga_v2.13.0/build/stratix10/release/bl31.bin .
PATH=/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin:$PATH
export CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu-
aarch64-none-linux-gnu-gcc --version
make distclean
make -j
在 spl/ 路径下生成 u-boot-spl.bin, u-boot-spl-dtb.bin 和 u-boot-spl-dtb.hex 文件，最后 OFCHK .config 检查配置并正常退出，说明 U-Boot 编译成功。
使用以下命令查看，U-Boot 根目录下 FIT 镜像 u-boot.itb 是否包含 bl31.bin 和 u-boot：
./tools/dumpimage -l u-boot.itb
Image 1 (atf) 子镜像就是 bl31.bin，说明 bl31.bin 已打包 ok。
u-boot 文件：ELF 格式，主要用于开发调试。u-boot.itb 文件：FIT 格式，封装了内核、设备树等，主要用于固化部署，即 HPS SSBL 文件。u-boot-spl.bin：即 HPS FSBL 文件，该 BIN 格式文件用于烧录到 flash。Stratix 10 SoC 中 HPS 的 Boot 流程（简化版，省掉 FPGA 配置）：
u-boot-spl.bin) 到 HPS 的片上 RAM 的 0x00000000 地址，最后释放 HPS 的复位。u-boot.itb) 到 HPS 侧 DRAM。SPL 源码中有详细的 FSBL 初始化流程（SPL 源码绝对路径：./arch/arm/mach-socfpga/spl_s10.c），请参考已注释的 SPL 源码：
// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
* Copyright (C) 2016-2023 Intel Corporation <www.intel.com>
*/
#include <hang.h>
#include <init.h>
#include <log.h>
#include <asm/global_data.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/utils.h>
#include <debug_uart.h>
#include <image.h>
#include <spl.h>
#include <asm/arch/clock_manager.h>
#include <asm/arch/firewall.h>
#include <asm/arch/mailbox_s10.h>
#include <asm/arch/misc.h>
#include <asm/arch/reset_manager.h>
#include <asm/arch/smmu_s10.h>
#include <asm/arch/system_manager.h>
#include <wdt.h>
#include <dm/uclass.h>
DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
void board_init_f(ulong dummy)
{
// 初始化运行环境
const struct cm_config *cm_default_cfg = cm_get_default_config();
int ret;
struct udevice *dev;
ret = spl_early_init(); // 初始化 SPL 内存池、malloc
if (ret)
hang();
// 获取 Stratix 10 外设基地址，包括时钟、复位、系统管理等寄存器
socfpga_get_managers_addr();
/* Ensure watchdog is paused when debugging is happening */
writel(SYSMGR_WDDBG_PAUSE_ALL_CPU, socfpga_get_sysmgr_addr() + SYSMGR_SOC64_WDDBG);
// 配置看门狗
/*
* Enable watchdog as early as possible before initializing other
* component.
*/
if (CONFIG_IS_ENABLED(WDT))
initr_watchdog();
/* ensure all processors are not released prior Linux boot */
writeq(0, CPU_RELEASE_ADDR); // 清除 CPU 释放寄存器，确保所有核在 reset
// 初始化定时器
socfpga_per_reset(SOCFPGA_RESET(OSC1TIMER0), 0);
timer_init();
// 初始化 FSBL 和 SDM 之间通信的 Mailbox，FSBL 获取 SDM 侧 QSPI flash 访问控制权的请求通道
mbox_init();
mbox_hps_stage_notify(HPS_EXECUTION_STATE_FSBL);
// 引脚复用初始化，根据 Platform Designer 中 HPS 外设 IO 配置进行初始化
sysmgr_pinmux_init();
/* configuring the HPS clocks */
cm_basic_init(cm_default_cfg); // HPS 时钟系统初始化，包括 HPS，DRAM 和 HPS 外设等时钟
// 调试 UART 初始化，建议开发调试阶段开启
#ifdef CONFIG_DEBUG_UART
socfpga_per_reset(SOCFPGA_RESET(UART0), 0);
debug_uart_init();
#endif
preloader_console_init(); // 控制台注册，使用 printf/puts 函数可以输出 log
print_reset_info(); // 显示上次复位原因（POR, WDOG, 软件复位等），用于调试
cm_print_clock_quick_summary(); // 打印关键时钟频率（CPU, DDR, OSC1 等），用于调试
// 初始化 Security Register & Firewall
ret = uclass_get_device_by_name(UCLASS_NOP, "socfpga-secreg", &dev);
if (ret) {
printf("Firewall & secure settings init failed: %d\n", ret);
hang();
}
// 初始化 DRAM，包括 DRAM PHY/controller initial/calibration + tarining
#if CONFIG_IS_ENABLED(ALTERA_SDRAM)
ret = uclass_get_device(UCLASS_RAM, 0, &dev);
if (ret) {
debug("DRAM init failed: %d\n", ret);
hang();
}
#endif
// 初始化 QSPI
#ifdef CONFIG_CADENCE_QSPI
mbox_qspi_open();
#endif
}
前言中用于 JTAG 加载启动的 HPS SOF 文件，是由 sof 文件和 HPS FSBL Hex 文件打包生成的，而 U-Boot 编译生成的 HPS FSBL (u-boot-spl.bin) 文件不能直接用于打包，需要用 ELF 格式的 u-boot-spl 文件转换出 HEX 格式的 u-boot-spl.hex。
aarch64-none-linux-gnu-objcopy -O ihex spl/u-boot-spl spl/u-boot-spl.hex
查看已生成 HPS FSBL HEX 文件，接下来就可以打包 HPS SOF 文件，再用 JTAG 加载启动了。
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