vivado适用于 UltraScale 和 UltraScale+ 器件的 eFUSE 寄存器访问和编程

FUSE_DNA ： 唯一的器件 DNA
每个 UltraScale 器件都有唯一的器件 ID ， 称为器件 DNA ， 且赛灵思已将此 DNA 编程到器件中。用户无法对
FUSE_DNA 进行编程。 UltraScale 器件具有 96 位 DNA 。您可在 Vivado Design Suite Tcl 控制台中运行以下 Tcl 命令以
读取 FUSE_DNA ：
get_property [lindex [get_hw_device] 0] REGISTER.EFUSE.FUSE_DNA
您也可以在 Vivado Design Suite 的“硬件器件属性 (Hardware Device Properties) ”窗口中通过查看 eFUSE 寄存器来访
问器件 DNA ， 如下图所示。
eFUSE 寄存器编程
要执行 eFUSE 寄存器编程 ， 请在“硬件 (Hardware) ”窗口中右键单击 FPGA 器件并选中“ Program eFUSE
Registers ”。
这样会显示如下图所示的“ Program eFUSE Registers ” Wizard 并指导您为 eFUSE 寄存器设置各选项。
在“ AES 密钥设置 (AES Key Setup) ”窗格中 ， 指定以下设置 ：
在“加密密钥设置 (Cryptographic Key Setup) ” Wizard 窗格中 ， 请指定如下密钥设置 ：
• 加密文件密钥 (.nky) ： 指定包含 eFUSE AES 和 RSA 密钥的 .nky 文件
• AES 密钥 （ 256 位 ）： 256 位 AES eFUSE 密钥从指定 .nky 文件读入 ， 用于对加载的加密比特流进行解密。
• RSA 密钥摘要 （ 384 位 ）： 384 位 RSA eFUSE 密钥从指定 .nky 文件读入 ， 供 RSA 使用。
• 在“用户寄存器设置 (USER Register Setup) ” Wizard 窗格中 ， 指定 32 位 用户寄存器或 128 位用户寄存器
在“ USER Register Setup ”窗格中 ， 请指定用户定义的寄存器位数。 32 位用户寄存器 (FUSE_USER) 和 128 位用户寄
存器 (FUSE_USER128) 由一组用户定义的一次性可编程 eFUSE 位组成。这些寄存器的位属于累积可编程位。这表示如
果您在任一 eFUSE 编程会话中仅对 1 个 USER 位进行编程 （ 即 USER = 0x0000_0001 或位 0 ）， 那么在后续 eFUSE
编程会话中 ， 您可对剩余 0 位的任一位进行编程 （ 即 USER = 0x0000_0002 或位 1 ） 。
对 FUSE_USER 和 FUSE_USER_128 寄存器完成编程后 ， 可通过多种方式读入这些寄存器 ：
• 使用 Tcl 命令
report_property [lindex [get_hw_device] 0] REGISTER.EFUSE.FUSE_USER
report_property [lindex [get_hw_devices] 0] REGISTER.EFUSE.FUSE_USER_128
• 运行 refresh_hw_device 操作后 ， 通过 Vivado Hardware Device 的“属性 (Properties) ”窗口。
在“控制寄存器设置 (Control Register Setup) ” Wizard 窗格中 ， 指定以下设置 ：
在“ Control Register Setup ”窗格中 ， 指定 eFUSE 控制设置。
• R_DIS_KEY ： 设置此项即可禁用用于验证 FUSE_KEY 加密密钥的密钥和编程的 CRC 检查。
• R_DIS_USER ： 设置此项即可禁用 32 位用户位 (FUSE_USER) 的读取和编程操作。
• R_DIS_SEC ： 设置此项即可禁用安全寄存器位 (FUSE_SEC) 的读取和编程操作。
• R_DIS_RSA ： 设置此项即可禁用 RSA 密钥寄存器 (FUSE_RSA) 的读取和编程操作。
• W_DIS_USER ： 设置此项即可禁用 32 位用户位 (FUSE_USER) 的编程操作。
• W_DIS_SEC ： 设置此项即可禁用安全寄存器位 (FUSE_SEC) 的编程操作。
• W_DIS_RSA ： 设置此项即可禁用 RSA 密钥寄存器 (FUSE_RSA) 的编程操作。
• W_DIS_USER_128 ： 设置此项即可禁用 128 位用户位 (FUSE_USER128) 的编程操作。
如需了解有关 FUSE_SEC 寄存器的更多详细信息 ， 请参阅《 UltraScale 架构配置用户指南》 ( UG570 ) 。
禁用控制寄存器设置
要禁用控制寄存器编程 ， 请运行以下 Tcl 命令 ：
program_hw_devices -control_efuse {20} [lindex [get_hw_devices] $deviceIdx]
其中 $deviceIdx 设置为 UltraScale 或 UltraScale+ 器件的索引 ， 您可在此类器件中禁用 eFUSE 控制寄存器位编程。
这样即可设置 W_DIS_CNTL 位 ， 从而禁用后续 eFUSE 控制寄存器位编程。
重要提示 ！ 如果 W_DIS_CNTL 位已编程 ， 那么将禁用其它 eFUSE 控制寄存器位的编程操作 ， 从而阻止对器件
的控制寄存器进行进一步编辑。
在“安全寄存器设置 (Security Register Setup) ” Wizard 窗格中 ， 指定以下设置 ：
在“ Security Register Setup ” Wizard 窗格中 ， 基于允许在 FPGA 上加载的比特流类型来指定安全控制选项。
FUSE_SEC 设置如下 ：
• “ CFG_AES_Only ” ： 设置此项表示仅接受加密比特流。
• “ EFUSE_KEY_Only ” ： 设置此项表示仅限 eFUSE 密钥可用于解密。
• “ RSA_AUTH ” ： 设置此项表示强制对比特流执行 RSA 身份验证。
• “ SCAN_DISABLE ” ： 设置此项表示禁用赛灵思访问内部测试寄存器的权限。
• “ CRYPT_DISBALE ” ： 设置此项表示永久禁用解密器。
如需了解有关 FUSE_SEC 寄存器的更多详细信息 ， 请参阅《 UltraScale 架构配置用户指南》 ( UG570 ) 。
请复查“ eFUSE 寄存器编程汇总 (Program eFUSE Registers Summary) ”窗格中的 eFUSE 设置。
在此窗格中可显示 “ Program eFUSE Registers ” Wizard 面板中设置的所有位。在此窗格中 ， 您可查看各个位的设置 ，
以便复查特定编程设置。请仔细复查此汇总页面 ， 以确保要编程的每个位都已正确设置。
单击“ Finish ”即可显示“ eFUSE 编程确认 (Program eFUSE confirmation) ”对话框 ：
单击“ OK ”以对指定的 FUSE 位进行编程。
禁用 JTAG 接口
要通过 eFUSE 寄存器禁用 JTAG 接口 ， 请运行以下 Tcl 命令 ：
program_hw_devices -force_efuse -security_efuse {08} [lindex
[get_hw_devices] $deviceIdx]
其中 ， $deviceIdx 设为将禁用其中 JTAG 接口的 UltraScale 或 UltraScale+ 器件的索引。
重要提示 ！ 用于为 7 系列器件禁用 JTAG 接口的 Tcl 命令不同于以上用于 UltraScale 或 UltraScale+ 器件的命
令。如果使用 7 系列器件 ， 请参阅赛灵思答复记录 65110 中列出的 XSK_EFUSEPL_DISABLE_JTAG_CHAIN
条目。
注释 ： 此编程步骤应在所有期望的 eFUSE 位全都完成编程后 ， 作为最后一步来执行。
重要提示 ！ 如果 JTAG 禁用位已编程 ， 则将禁用 JTAG 接口 ， 导致后续无法再接入器件进行测试和配置。仅当无
需再通过 JTAG 访问器件时 ， 才能对该位进行编程。
强制执行 eFUSE 编程
要对位于寄存器中任意位置的任何位 （ 无论该位先前是否已编程 ） 强制执行置位 ， 可将 -force_efuse 选项设置为
program_hw_devices 。使用该选项时 ， 将仅执行基本寄存器边界检查。
eFUSE NKZ 文件
为了在单一文件内采集所有 eFUSE 编程设置 ， 以便于将 eFUSE 设置导出到其它 eFUSE 编程器实现 ， 以及将这些
eFUSE 设置批量编程到大量器件中 ， 赛灵思定义了称为 NKZ 的文件格式 ， 并以文件扩展名 .nkz 来指定此格式。 NKZ
格式是现有 NKY 格式的超集 ； 即 ， NKZ 支持所有 NKY 字段以及任何可编程 eFUSE 寄存器设置。
eFUSE 导出 NKZ 文件
由于建议您将 eFUSE 设置编程为按多轮次运行 ， 因此 eFUSE 设置始终导出至外部可见 NKZ 文件 ， 并在每次 eFUSE 操
作期间更新此文件。此文件用于累积应用于器件的所有 eFUSE 设置 ， 即使通过多次 eFUSE 操作来应用这些设置也是如
此。 Vivado 会跟踪此文件 ， 确保始终有单一 eFUSE 导出文件 ， 其中包含 NKZ 格式的器件累积 eFUSE 设置。如果未指
定任何选项 ， 那么此文件默认名称为 ：
export_<FUSE_DNA>.nkz
其中 <FUSE_DNA> 是器件的 FUSE_DNA 寄存器值。
此默认文件位于 Vivado ® IDE 的启动目录中。可使用 program_hw_devices Tcl 命令搭配 -efuse_export_file
选项来更改此文件 ， 如以下示例所示 ：
program_hw_devices -user_efuse {1} -efuse_export_file {my_settings.nkz}
随后 ， Vivado IDE 会使用针对导出的 eFUSE 设置指定的 NKZ 文件来启动 ， 而无需在 Tcl 选项中反复指定此文件。这样
就不会移除先前创建的任何 eFUSE 导出文件 ， 而是在此文件中包含更改 eFUSE 导出文件名之前应用的所有 eFUSE 设
置。执行完所有 eFUSE 操作后 ， 所有 eFUSE 设置都存储在当前 eFUSE 导出文件中。
此外还有 1 个选项可用于单独导出 eFUSE 设置 ， 而无需实际完成器件编程操作。该选项可用于创建包含所有必需
eFUSE 设置的单一 NKZ 文件 ， 而不会影响器件。此外 ， 只需通过直接移除 eFUSE 导出文件并从头开始操作即可轻松
解决在此模式下发生的任意 eFUSE 编程错误。可通过以下 Tcl 命令来使用此仅限导出模式 ：
program_hw_devices -user_efuse {1} -only_export_efuse
该选项仅适用于单一命令 ， 因此必须在每项 eFUSE 操作中使用该选项 ， 以避免对器件进行编程。由于 eFUSE 设置始终
导出至 NKZ 文件 ， 与是否执行编程无关 ， 因此赛灵思强烈建议不要将编程流程与仅限导出流程混用。否则 ， 生成的
eFUSE 导出文件可能同时包含实际已编程到器件中的 eFUSE 设置和仅导出到 NKZ 文件的设置 ， 导致器件中 eFUSE 寄
存器状态不明确。通过使用此仅限导出模式 ， 所创建 NKZ 格式的 eFUSE 导出文件与执行编程后创建的导出文件完全相
同 ， 而无需在器件上执行编程。

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