基于FPGA的在线升级

在线升级的意义

首先什么是FPGA的在线升级？
所谓FPGA的在线升级其实就是不对FPGA进行常规意义下的下载程序，便可以通过一些手段更新FPGA中的程序，一般用到的工具有ICAP原语、flash。那个该问题的解决将面临两个问题：
1、如何将新的FPGA程序下载到flash中；
2、如何让FPGA执行新的程序；
FPGA在线升级的意义？
我们为什么要花费这么大的代价去学习FPGA的在线升级，有一个很重要的原因就是：调试时，我们一般用JATG接口进行烧录、调试，但是等产品上线时，因为JATG接口过于笨重，我们一般是不保留该接口；在没有这个接口的情况下要想下载新的程序，就必须使用在线升级。

在线升级的策略

这里需要掌握的一个知识是，FPGA默认从flash中读取程序是从0地址读取的。我们回忆以下电脑中操作系统的加载，在电脑中首先加载的是一个引导程序，该引导程序指导着对应操作系统的加载，那么对应到FPGA中我们使用同样的办法。首先再FPGA的默认起始点（flash的0地址）下载一个引导程序，然后在引导程序中包含ICAP原语，在一定的条件下，使得FPGA从flash中加载新的FPGA程序。
从上面的分析我们可以打先FPGA在线升级的最关键的问题就是引导程序的书写，这里先给出一般引导程序的设计模块：

这里简单介绍上面几个模块的重要性。
I-start：读秒程序，开机时，在一定的时间段内，FPGA如果没有接收到PC机在线升级的指令，便启动ICAP程序跳转到指定的地方执行程序。
rs232：该模块的主要作用是接受从PC机传来的新的FPAG烧录程序，注意这里一般选择是bin文件，因为bin文件经过串口方便传输。
spi：将rs232接收来的引得FPGA烧录文件写入到指定的flash地址中并且覆盖相应之前的FPGA程序，这里注意写入的位置一定要与ICAP原语跳转的位置相同，否则该引导程序将没有作用。
ICAP：该模块主要起到FPGA从指定的flash地址启动程序的作用，里面包括ICAP原语，是引导程序中最关键的部分。
KEY：这里起到两个作用，一：给定FPGA在线升级的指令；二：等待spi将新的FPGA程序写入到flash中，再启动对用ICAP程序跳转到指定地方执行。
上述的整体过程，我们一般用状态机控制，会发现所有的程序我们之前的文章中都有，这里我不再写程序，只给出相应的策略。

整体框架

flash中的两块程序如上图，其中1是我们这篇文章中主要讲解的引导程序，2是FPGA执行程序的地方。

总结

该策略我并没有验证，但是从理论上是可行的，主要是因为上一篇文章的ICAP原语没有下板验证通过，自己也没有进行更深入的调试，但是该理论方案是彻底可行的。

参考文献

[1] V3学院

结束语

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