FPGA的多重加载实际运用详解

来源:网络整理 作者:2017年12月25日 18:14
关键词:Xilinxfpga
如今,随着FPGA工艺的进步,性能提升和成本缩减均得到极大的改善,这使得FPGA芯片的使用越来越广泛。因此为了达到降低系统维护和升级的成本,通常我们都会通过网络传送最新的下载文件,让用户在现场直接将文件下载到FPGA中进行远程的升级处理。然而,一旦下载文件是错的,那么系统轻则功能出错,重则直接死机不工作。为了防止这种情况发生给用户带来重大影响或者损失,Xilinx提供了FPGA的多重配置操作功能。

1.何为多重配置

FPGA多重配置允许动态进行多个下载文件之间的切换,当引导配置过程中检测到出错时,FPGA会触发一个回退标志确保一个已知的好的文件可以被加载进来。具体如下图所示: Xilinx FGPA的多重配置功能(1) 简而言之,就是你的.mcs文件里包含有两个或更多的下载文件,然后地址0的位置开始存放一个可用的下载文件(多数是升级前那个旧的文件),后面的地址(ADDR_1)存放你将要更新的文件。当下载时,FPGA会先从ADDR_1读取更新的文件,若这个过程发生错误的话就会回到地址0,读取之前的文件,确保设备仍能正常工作。

2.多重配置的使用

Xilinx的多重配置功能除了更新文件外,也可以进行多任务的切换调度处理。基于这个功能,只要Flash够大,是可以存放好多个下载文件的。当遇到FPGA资源较小,且多个功能之间是独立不干扰的话,有时候可以通过外部控制,在需要不同功能时,进行文件切换下载。 比如一个设备需要做到ABCD四个功能,且ABCD各自应用于不同场合,之间没有数据往来,互不干扰。如果这时FPGA的资源只能够实现ABCD中的一种功能或者两种,那么我们就可以做出四个不同的bit文件分别实现ABCD四种功能并合并成一个.mcs文件下载到Flash中。当在需要A功能的场合,我们可以使用按键或者上位机进行配置,让FPGA加载A功能的下载文件,实现A功能。同理,在只需要BCD的场合也是这样,如此可以大大节省FPGA的资源。

3.多重配置的流程

FPGA内部有一个ICAP核,可对程序加载进行预配置,预配置处理可在.v代码中处理并随之生成.bit文件。如果不在代码处理,则为默认配置。Xilinx FPGA的多重配置流程如下图所示,具体可参考官方文档 “ xapp1247 ” 。 Xilinx FGPA的多重配置功能(1) 其中可用文件存放在起始地址为0处;更新文件存放在起始地址为A1处。 上电后,FPGA会进入Flash的0地址,检测配置寄存器中的WBSTAR和IPROG指令(.v里进行配置)。 如果WBSTAR地址指向A1,且IPROG的指令正确,FPGA会跳到A1处读取并加载文件。 如果A1处的WBSTAR地址为0,且没有IPROG指令,则加载此处的文件。 如果在加载更新文件过程中发生错误,FPGA便会跳到地址0处,重新加载确保可用的那个文件。 IPROG的指令表如下所示: Xilinx FGPA的多重配置功能(1) 对于IPROG的指令配置,必须按照这个顺序进行,一旦数据不对或者顺序不对,FPGA便不会对更新文件进行加载。

4.结语

在实际使用中FPGA的多重加载是非常有帮助的,灵活的使用能够避免很多现场的尴尬,也节省了很多后期技术支持的成本。下一节将介绍如何进行代码的多重配置处理与使用。
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