FPGA啟動加載方式——FPGA實現(xiàn)串口升級及MultiBoot

在現(xiàn)代電子設計中，FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）因其高度的靈活性和可重構性，成為眾多領域的核心組件。特別是在需要動態(tài)更新或調(diào)整系統(tǒng)功能的場景中，F(xiàn)PGA的串口升級和MultiBoot功能顯得尤為重要。本文將深入探討FPGA的啟動加載方式，特別是與串口升級和MultiBoot相關的內(nèi)容。

一、FPGA啟動加載方式概述

FPGA的啟動加載方式是指FPGA在上電或復位后，如何從外部存儲器中讀取配置數(shù)據(jù)并加載到內(nèi)部邏輯單元中的過程。Xilinx公司的7系列FPGA提供了多種啟動加載方式，包括正常上電自啟動、Program_B復位加載、JTAG加載等。這些方式各有特點，適用于不同的應用場景。

二、正常上電自啟動

正常上電自啟動是FPGA最常用的啟動方式之一。當FPGA按照上電時序正常上電后，它會主動從外部存儲器（如SPI Flash）中讀取配置數(shù)據(jù)（位流），并加載到內(nèi)部邏輯單元中。這個過程中，CCLK（配置時鐘）通常作為輸出信號，用于同步配置數(shù)據(jù)的讀取。外部存儲器中的配置數(shù)據(jù)通常是以幀的形式排列的，每幀包含101個32位字，用于構成完整的配置比特流。

三、Program_B復位加載

Program_B復位加載是一種通過外部引腳來重新配置FPGA的方式。當外部引腳Program_B被拉低時，F(xiàn)PGA會進入復位狀態(tài)，并等待重新配置。一旦Program_B釋放并拉高，F(xiàn)PGA就會從外部存儲器中重新讀取配置數(shù)據(jù)并加載。這種方式通常用于在系統(tǒng)運行時需要動態(tài)更新FPGA配置的場景。

四、JTAG加載

JTAG加載是一種通過JTAG接口來配置FPGA的方式。JTAG接口通常用于調(diào)試和測試目的，但也可以用于加載配置數(shù)據(jù)。通過發(fā)送JProgram指令，JTAG接口可以觸發(fā)FPGA的加載過程。這種方式通常用于在開發(fā)階段對FPGA進行編程和調(diào)試。

五、MultiBoot功能

MultiBoot是Xilinx FPGA提供的一種高級功能，它允許FPGA從多個配置文件中選擇性加載，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的動態(tài)更新或功能調(diào)整。MultiBoot功能通常通過嵌入在比特流文件中的IPROG命令來實現(xiàn)。IPROG命令可以觸發(fā)FPGA從指定的地址加載新的配置文件。為了實現(xiàn)MultiBoot功能，F(xiàn)PGA的外部存儲器通常被劃分為多個區(qū)域，每個區(qū)域存儲一個不同的配置文件。

在MultiBoot過程中，F(xiàn)PGA首先加載一個稱為Golden鏡像的默認配置文件。Golden鏡像通常包含系統(tǒng)的基本功能和必要的啟動代碼。一旦Golden鏡像加載完成，F(xiàn)PGA會嘗試加載存儲在指定地址的MultiBoot鏡像（也稱為Update鏡像）。如果MultiBoot鏡像加載成功，F(xiàn)PGA將切換到新的配置并運行相應的功能。如果加載失敗，F(xiàn)PGA將回退到Golden鏡像并繼續(xù)運行基本功能。

六、串口升級與MultiBoot的結(jié)合

串口升級是一種通過串口通信接口來更新FPGA配置的方法。在串口升級過程中，新的配置文件通常被發(fā)送到FPGA的外部存儲器中，并替換舊的配置文件。結(jié)合MultiBoot功能，串口升級可以實現(xiàn)FPGA配置的動態(tài)更新。例如，在需要更新系統(tǒng)功能時，可以通過串口將新的配置文件發(fā)送到FPGA的外部存儲器中，并觸發(fā)MultiBoot過程來加載新的配置。

七、結(jié)論

FPGA的啟動加載方式是實現(xiàn)串口升級和MultiBoot功能的基礎。通過深入了解FPGA的啟動加載機制，我們可以更好地利用這些高級功能來實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)更新和功能調(diào)整。隨著技術的不斷發(fā)展，FPGA的啟動加載方式將變得更加靈活和多樣化，為電子設計帶來更多的可能性和創(chuàng)新。