FPGA的多重加載實際運用詳解

如今，隨著FPGA工藝的進步，性能提升和成本縮減均得到極大的改善，這使得FPGA芯片的使用越來越廣泛。因此為了達到降低系統(tǒng)維護和升級的成本，通常我們都會通過網(wǎng)絡(luò)傳送最新的下載文件，讓用戶在現(xiàn)場直接將文件下載到FPGA中進行遠程的升級處理。然而，一旦下載文件是錯的，那么系統(tǒng)輕則功能出錯，重則直接死機不工作。為了防止這種情況發(fā)生給用戶帶來重大影響或者損失，Xilinx提供了FPGA的多重配置操作功能。

1.何為多重配置

FPGA多重配置允許動態(tài)進行多個下載文件之間的切換，當引導配置過程中檢測到出錯時，F(xiàn)PGA會觸發(fā)一個回退標志確保一個已知的好的文件可以被加載進來。具體如下圖所示：

簡而言之，就是你的.mcs文件里包含有兩個或更多的下載文件，然后地址0的位置開始存放一個可用的下載文件（多數(shù)是升級前那個舊的文件），后面的地址（ADDR_1）存放你將要更新的文件。當下載時，F(xiàn)PGA會先從ADDR_1讀取更新的文件，若這個過程發(fā)生錯誤的話就會回到地址0，讀取之前的文件，確保設(shè)備仍能正常工作。

2.多重配置的使用

Xilinx的多重配置功能除了更新文件外，也可以進行多任務的切換調(diào)度處理?；谶@個功能，只要Flash夠大，是可以存放好多個下載文件的。當遇到FPGA資源較小，且多個功能之間是獨立不干擾的話，有時候可以通過外部控制，在需要不同功能時，進行文件切換下載。

比如一個設(shè)備需要做到ABCD四個功能，且ABCD各自應用于不同場合，之間沒有數(shù)據(jù)往來，互不干擾。如果這時FPGA的資源只能夠?qū)崿F(xiàn)ABCD中的一種功能或者兩種，那么我們就可以做出四個不同的bit文件分別實現(xiàn)ABCD四種功能并合并成一個.mcs文件下載到Flash中。當在需要A功能的場合，我們可以使用按鍵或者上位機進行配置，讓FPGA加載A功能的下載文件，實現(xiàn)A功能。同理，在只需要BCD的場合也是這樣，如此可以大大節(jié)省FPGA的資源。

3.多重配置的流程

FPGA內(nèi)部有一個ICAP核，可對程序加載進行預配置，預配置處理可在.v代碼中處理并隨之生成.bit文件。如果不在代碼處理，則為默認配置。Xilinx FPGA的多重配置流程如下圖所示，具體可參考官方文檔 “ xapp1247 ” 。

其中可用文件存放在起始地址為0處；更新文件存放在起始地址為A1處。

上電后，F(xiàn)PGA會進入Flash的0地址，檢測配置寄存器中的WBSTAR和IPROG指令（.v里進行配置）。

如果WBSTAR地址指向A1，且IPROG的指令正確，F(xiàn)PGA會跳到A1處讀取并加載文件。

如果A1處的WBSTAR地址為0，且沒有IPROG指令，則加載此處的文件。

如果在加載更新文件過程中發(fā)生錯誤，F(xiàn)PGA便會跳到地址0處，重新加載確?？捎玫哪莻€文件。

IPROG的指令表如下所示：

對于IPROG的指令配置，必須按照這個順序進行，一旦數(shù)據(jù)不對或者順序不對，F(xiàn)PGA便不會對更新文件進行加載。

4.結(jié)語

在實際使用中FPGA的多重加載是非常有幫助的，靈活的使用能夠避免很多現(xiàn)場的尷尬，也節(jié)省了很多后期技術(shù)支持的成本。下一節(jié)將介紹如何進行代碼的多重配置處理與使用。