FPGA在线升级实战应用篇_fpga在线升级程序

FPGA在线升级实战应用篇

1 摘要

项目在运营过程中可能需要根据应用需求更改固件，或者对现有产品进行升级及在产品使用过程出现的故障进行分析，故需要对产品进行升级维护。以往的产品出现的故障或BUG问题只能通过产品寄回厂家或者人力出差解决问题。偶尔有的用户对FPGA稍微熟悉点，把固件文件发送给用户，用户自己对产品进行升级和固件烧写。对于产品用户来说这样的体验是比较差的。当然产品升级的途径有多种。考虑成本可以选择本地升级，只需要开发本地软件，采用UART或者USB等接口按照自定义的协议对FPGA固件进行升级。或者租用花生壳这样的外网映射进行网络远程升级。本文主要介绍本地软件实现固件升级功能。

2 FPGA加载程序流程

FPGA程序运行的方式有两种：1，加载本地RAM运行（掉电不保存）；2，将程序固化至flash中（掉电保存）。程序下载在内部RAM中，FPGA直接读取内本RAM文件运行程序。程序下载在flash中，FPGA上电后会自动从0地址开始加载固件。
FPGA升级主要工作就是对外挂的flash进行固件的更新。升级功能开发之前，我们需要对flash的存储固件区域结构进行相应的了解。
MultiBoot的配置文件由两个比特流文件生成，第一个为备份文件，确保板卡执行出厂程序，称为Golden_image，从Flash的0x00地址存储。第二个为更新文件，作为更新升级文件，即Update_image，存放在某个地址处，这个地址有热启动地址寄存器（WBSTAR）指定。配置过程大致如下：
FPGA从FLASH的0地址处读取配置，遇到IPROG Command命令时，跳转到WBSTAR寄存器指定的地址，该地址存放Update_image的地址，此时FPGA尝试加载该地址处的比特流文件，配置成功的话，就执行该配置的功能。如果遇到配置错误，则触发FallBack，FPGA重新加载Golden_image。

3 设计

1 、本地软件本设计采用MFC进行设计，接口方式采用USB 、UART 、PCIE等设备。由于需要保证USB或者其他设备通讯过程中下载固件的完整性和可靠性，需要与FPGA交互过程中开发简单的握手协议。这里我们自定义了简单的握手协议。在该设计中升级软件包含了UART、USB、PCIE等升级方式。后续的网口远程通讯也正在开发维护中。

2、FPGA设计验证
FPAG设计为了简化SPI复杂的逻辑设计，采用Qflash专用的IP核对flash进行擦写操作。在操作FLASH之前需要了解一下常用FLASH擦写规则：
1）最小擦除单位：扇区
2）可选择擦除单位：扇区、块、全片
3）最大编程（写入）单位：页（ 256 Byte），大于256 Byte则需要循环写入。
4）最小编程（写入）单位：1 Byte，即一次可写入 1~256 Byte的任意长度字节。
5）未写入时FLASH里面的数据为全1，即0xFF。
为了实现硬件验证，我们需要建立两个工程，一个工程为Golden工程，另外一个工程为Update工程。为了更好的区分一个可以设置成静态的LED灯程序，另外一个工程设计为流水灯程序，这样可以很容易验证FPGA运行了哪个程序。接下来破坏golden程序，按照上述制作MCS文件后运行，再进行验证FPGA是否跑的是Update工程。

4 总结

开发不易珍惜每一分原创和劳动成果，同时注意平时开发过程中的经验积累总结。该工程已经在现有的工程项目中得到了应用和验证，如有需要了解详细的设计可以联系 QQ:309967512