基于FPGA的百變邏輯設(shè)計

FPGA方案

隨著一款產(chǎn)品在研發(fā)階段的日漸成熟，實現(xiàn)的功能也日趨復(fù)雜化和多樣化，對產(chǎn)品功能實現(xiàn)重定義的應(yīng)用需求也在日益加大。產(chǎn)品功能重定義就是在不改動設(shè)備硬件設(shè)計的前提下，通過更改FPGA的程序文件，達到產(chǎn)品功能重定義的方法。

一般的產(chǎn)品在設(shè)計時，研發(fā)會按照產(chǎn)品的定義完成功能代碼的開發(fā)，然后用JTAG接口進行燒錄、調(diào)試，但是等產(chǎn)品上線時，所有的固件就會被固化，并且因為JTAG接口過于笨重，我們一般是不保留該接口；所以也無法在產(chǎn)品完成固化后進行重新燒錄進行重定義的操作。

目前也有一些應(yīng)用方案會使用BLE/WIFI SOC+存儲芯片的架構(gòu)，BLE/WIFI SOC負責(zé)存儲芯片的讀寫，存儲芯片作為FPGA的程序代碼存儲器，工作時，BLE/WIFI SOC將存儲芯片中的數(shù)據(jù)讀出，并按照特定時序（FPGA加載時序）發(fā)送到FPGA，此過程即為FPGA的數(shù)據(jù)加載流程，如果需要升級功能，通過無線進行遠程OTA升級。而本方案是無需其它芯片參與的情況下通過邏輯設(shè)計和UART口進行產(chǎn)品功能的重定義。

邏輯設(shè)計

本方案的核心就是雙啟動，其中區(qū)域1為固化區(qū)域，此區(qū)域非功能區(qū)域，而是負責(zé)區(qū)域2的管理，其中區(qū)域2為功能區(qū)域，每次的功能重定義就是對區(qū)域2的刷新。區(qū)域2的刷新通過PC和串口調(diào)試助手模擬上位機，傳輸工程的 Bin 文件到 fpga 啟動配置的Flash 中，實現(xiàn)兩個存儲到 flash 程序的跳轉(zhuǎn)完成固件升級操作。

設(shè)置兩個區(qū)域，第一個區(qū)域執(zhí)行程序1，完成對區(qū)域2的管理和升級工作。第二個區(qū)域的程序2是我們用戶設(shè)計的功能程序或者說產(chǎn)品程序。在 FPGA 啟動中， 如果我們不升級區(qū)域 2 的程序，那么自動通過 ICap 接口跳轉(zhuǎn)到區(qū)域2的程序中。 區(qū)域1起始地址 0x0，區(qū)域2起始地址 0x0100000。

在本方案中，設(shè)計區(qū)域1的程序?qū)崿F(xiàn)的功能為：上電后自動加載此程序，此時開始計時如果 20 秒內(nèi)沒有檢測到串口發(fā)送的擦除指令，那么我們啟動 icap 跳轉(zhuǎn)，跳轉(zhuǎn)到區(qū)域 2 程序中。

如果希望再次升級的話必須重新給板卡上電使得程序回到區(qū)域1中。

流程圖如下：

頂層結(jié)構(gòu)圖如下：

FPGA uart接收模塊，接收上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)波特率為115200的uart協(xié)議的串行數(shù)據(jù)到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)發(fā)送至flash_ctrl模塊，F(xiàn)lash_ctrl模塊是flash的控制模塊，該模塊自定義了一個簡單的協(xié)議，根據(jù)uart指令來控制flash的擦除、讀、寫，協(xié)議包括三種數(shù)據(jù)包來對應(yīng)相應(yīng)的指令，再將數(shù)據(jù)發(fā)送至對應(yīng)的模塊；而由flash擦除、讀、寫三個模塊處理的數(shù)據(jù)返回后經(jīng)過uart_tx模塊返回上位機，本文中即返回PC機串口模塊。

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