FPGA程序远程在线更新QUICKBOOT_串口升级fpga程序

---

前言

学习一下FPGA的远程在线更新功能 QUICKBOOT。

---

一、更新流程

这部分是直接摘抄的官方文档。

1、关键开关字的控制。

2、Flash 存储器与QuickBoot flash 模块的地址映射。

3、位流包的大小以及Flash 存储器大小的确定。

4、QuickBoot配置时间

5、QuickBoot验证update bitstream的正确性

二、具体操作

下面写的这些根本不好用，我自己搞了半天没搞懂。重新去找了一个用MultiBoot的方法，原理上是一样的，有一点点区别就是不过对具体操作来说好像不用管。可以直接看第三章。
~~ ## 1.生成MCS文件
首先需要把我们工程的bit文件转成mcs文件，可以用VIVADO的TOOLS里面的Generate Memory Configuration file…命令生成，也可以直接在TCL命令栏里面直接输入以下指令：
write_cfgmem -format mcs -interface spix1 -size 256 -loadbit “up 0 F:/XXX.bit” -file F:/XXX.mcs
路径需要根据你项目工程所在文件夹进行更改。~~
## 2.生成初始化文件
使用以下命令
xilPerl MakeSpiFlashProgrammerMcsFiles.pl XXX.mcs
可以把mcs文件转成两个文件，一个是XXX_initial.mcs，另一个是XXX_update.mcs
2.1 其中的XXX_initial.mcs就是我们需要的Golden文件，也就是最原始的版本，可以直接用烧写器下载到FLASH里面。
2.2 再把XXX_update.mcs转成XXX_update.bin文件。
## 3.生成更新文件
第二步生成的XXX_update.bin就是更新文件，每次更新了程序，重复上面的第1，2两个步骤，再把这个文件通过FPGA在线更新到FLASH。

三、MultiBoot实现

1.原理

通常在设计多版本启动及远程更新时，用户需要分别准备两个镜像工程：Golden镜像和MultiBoot镜像，为了方便描述，Golden镜像和MultiBoot镜像分别称为G镜像和M镜像。如图1所示，上电后，FPGA会启动M镜像，如果配置成功，FPGA将会运行在M镜像，若配置失败，则FPGA会回退到G镜像。通常情况下，M镜像是用户实际运行的镜像，当用户设计发生变更时，可以通过远程更新的方式对M镜像进行更新，而G镜像是一个基本镜像，通常情况下它只包含接收一个M镜像配置文件并写入到FLASH的功能，并且不建议对G镜像进行更新。

2.GOLDEN模块工程实现

FPGA工程里面主要的几个功能模块：
1.FPGA接收外部更新包。
这个是由用户的工作模式决定的。我以前的工程是用的FSMC通信来接收STM32的数据，所以这里直接用的以前的工程代码。稍微改了一下接口。
2.控制模块
这个是我们要写的核心模块，主要是完成接收更新包和把更新包写入FLASH的控制时序。
3.FPGA和FLASH的SPI通信模块。
这个模块主要是把更新包写到FLASH里面。这个可以找现有的模块直接调用。其实就是一个FLASH的读写模块。

3.GOLDEN模块仿真

因为FLASH的通信模块不是我自己写的，目前我用TESTBENCH仿真的时候因为收不到FLASH的返回数据到处卡死，正在慢慢调试。仿真通过了再用以前的板子试一下实际使用效果。
整整弄了两天，差不多把仿真跑通了，头都弄晕了。主要是因为FLASH每次读写都需要查询状态寄存器，TESTBENCH给的返回值没给对就会卡死。把我弄晕的是他里面有三个相互嵌套的状态机，第一个是n25q_spi_block模块里面的，每次向FLASH里面写入256BYTE数据；第二个是n25q_ctrl_module模块里面的，查询FLASH的状态参数；第三个是prog_file模块里面的，与用户的模块交互，缓存数据。

4.正常工作时的更新问题

我发现一个问题，在第一次完成更新之后，每次开机就直接进去M镜像工作了。那我第二次更新的时候怎么回到G镜像去进行更新呢？
我开始想的是在M镜像里面也写一个和G镜像一模一样的模块，不过发现会和我正常工作的其它模块冲突，不知道这个是怎么操作的。
2022.11.29更新：

1. 首先写好GOLDEN工程，你在VIVADO里面编译好了之后生成mcs文件，生成的时候VIVADO会告诉你文件大小，你就把这个地址写到工程里面做为updata工程写入FLASH的超始地址就行了。
   
2. 比如我的GOLDEN工程生成的MCS文件大小是0x00136C17，算下来一共要写FLASH的20个扇区。那我的UPDATA程序就从第21个扇区开始写FLASH。把从第21个扇区开始写FLASH这个地址加入到GOLDEN程序的XDC文件之后，又重新编译一次，大小应该不会变。这个GOLDEN程序就完成了。

set_property BITSTREAM.CONFIC.CONFICFALLBACK Enable [current_design]
set property BITSTREAM.CONFIG.NEXT CONFIG ADDR 32 h003E0000
1
2

3. 在UPDATA工程里面也添加GOLDEN工程的模块（我是把GOLDEN工程生成了一个IP核，在UPDATA工程里面调用的），编译生成mcs文件。
4. 把GOLDEN工程和UPDATA工程合并成一个mcs文件，烧到FLASH里面。
5. 开机时后直接跳到UPDATA工程运行，现在如果想更新，由UPDATA工程对FLASH进行擦除和写入新工程。
6. 如果在更新过程中由于断电等原因失败，导致UPDATA区域被擦除，在开机后不能正常跳转到UPDATA区域，会在通过看门狗跳到GOLDEN工程运行，这时可以再次执行更新操作。

5.实际工程问题

最近在帮一个网友解决远程更新问题时，碰到一个关于跳转的问题。
他在开机上电时，怎么都不能正常跳转到UPDATA的区域进行加载，我查了他的XDC文件，里面也设置了跳转区域，后来说用ICAP原语就能正常加载了。
最后发现原因是他一直挂着JTAG，处于调试模式，所以用ICAP相当于在程序内跳转，但是开机就没有执行XDC里面的命令。

6.实际工程下载链接

2023.03.09更新，如有问题可留言或者私信。
https://download.csdn.net/download/pp_0604/87545283

2023.05.16
发现一个工程上的问题：
用VIVADO烧写FLASH时老是报错，找不到FLASH芯片。
原因：用了FPGA远程 更新程序，把FLASH的引脚占用了。
现象：如果FLASH里面已经有了FPGA远程更新的程序，开机用JTAG就找不到FLASH。如果FLASH里面没有FPGA远程更新的程序，用JTAG能找到FLASH，但是如果在线调试了远程更新的代码，即使重新在线挂了别的程序，也无法解除FLASH片选引脚的占用。必须重新开电。
分析：应该是FLASH引脚被占用的原因。在FPGA的启动配置项里面，本项目用的是MASTER SPI，也就是开机读取FLASH进行启动。
一般的FPGA开发板会有开关切换启动模式，如果设置成JTAG启动，应该就可以通过JTAG对FLASH进行烧写；设置成FLASH启动，则可以通过远程更新进行烧写。

总结

根据进度随时更新此文档。~~