纸上谈兵_FPGA配置_多重加载

FPGA配置概览

配置模式

FPGA的配置数据存储在CMOS锁存器中，掉电会丢失，因此在上电之后需要加载bit流。常见的配置模式如下所示，

配置引脚

从上图中可以看到，配置模式由M[2:0]指定（在配置过程中及配置完成之后，其引脚电平不能改变），有主XX配置、从XX配置、JTAG配置；主/从是针对CCLK引脚而言的(CCLK由内部有源晶振产生，对应的频率值就是产生bit时设置的配置速率)。每种配置模式都有一些相关的接口引脚，这些引脚分布在不同的Bank中，Bank0中包含JTAG引脚、专用配置引脚；Bank14和Bank15包含多功能配置引脚，如下所示，

部分引脚的介绍

名称	描述
DONE	高有效，表示配置完成
INIT_B	低有效，表示配置存储器正在初始化
PROGRAM_B	低有效，表示异步复位配置逻辑
TCK	Jtag时钟信号
TDI	Jtag数据输入
TDO	Jtag数据输出
TMS	Jtag模式选择
CFGBVS	为bank0的配置引脚预选择电平标准，1表示bank0的供电电压为2.5或3.3；0表示bank0的供电电压为1.8
PUDC_B	上拉电阻配置引脚，配置Select IO在配置阶段或上电后的其上拉电阻是否使能。当接GND，表示不使能；接VCCO_34表示使能。
EMCCLK	外部主配置时钟，可选引脚
RS0,RS1	区域选择引脚，用于选择FLASH的地址

配置时序

Xilinx FPGA需要经过8个步骤才能运行正常的运行用户逻辑，整个流程如下所示，

从图中可以看出，8个步骤又可以归纳为3个阶段：Setup，BIT加载，启动序列。

启动序列的内容如下，可以在生成bit时进行设置，

比特流的格式

比特流中由位宽自动检测、同步字、配置数据包组成。

位宽自动检测

只有在BPI配置模式中，才需要用到位宽自动检测，不过，可能是为了统一处理，vivado产生的bit文件中都包含了位宽自动检测。
配置逻辑仅仅检测并行总线的低8位,当低8位检测到0xBB后，如果下一次检测到的是0x11，则说明并行总线是x8位宽；如果下一次检测到的是0x22，则说明并行总线是x16位宽；如果下一次检测到的是0x44，则说明并行总线是x32位宽。

同步字

在同步字之前的数据会被忽略掉。

配置数据包

7系列FPGA的bit中包含一组配置命令，用以对配置寄存器进行读写。配置数据包中包含两类数据包，如下图所示。

TYPE1用来对寄存器进行读写，（配置寄存器的地址总共有14位，但是7系列的配置寄存器地址只使用了5位）；TYPE2数据包紧随TYPE1数据包之后，使用TYPE1数据包中的地址，用来写入长数据包。

常见数据

16进制数据	释义
20000000	Packet Type 1:NOP，插入该数据包是为了满足延时要求
30022001	Packet Type 1: Write TIMER register, WORD_COUNT=1
30020001	Packet Type 1: Write WBSTAR register, WORD_COUNT=1
30008001	Packet Type 1: Write CMD register, WORD_COUNT=1
30026001	Packet Type 1: Write CRC register, WORD_COUNT=1
30012001	Packet Type 1: Write COR0 register, WORD_COUNT=1
3001C001	Packet Type 1: Write COR1 register, WORD_COUNT=1
3000C001	Packet Type 1: Write MASK register, WORD_COUNT=1
3000A001	Packet Type 1: Write CTL0 register, WORD_COUNT=1
5xxxxxxxx	TYPE2数据包写入

配置寄存器

FPGA多重加载

重配置技术可以分成两种：静态重配置和动态重配置。

• 静态重配置：通过指导不同比特流的加载，实现不同逻辑功能的切换。它通常用于系统正常工作之前进行配置，是一种逻辑功能的静态加载。
• 动态重配置：对全局or局部逻辑资源进行重新配置，以实现不同逻辑功能的转换。与静态重配置不同，它在加载比特流时，仍然保持系统处于工作状态。

FPGA多重加载允许FPGA在多个设计镜像文件之间进行切换，它具有Fallback MultiBoot(可靠的多重加载)特性，当在多重加载的过程中出现错误的时候，FPGA能够再次开启配置流程。具体而言，当 IDCODE错误、CRC错误、看门狗超时、BPI地址错误 等错误触发fallback特性时，会在内部产生一个复位脉冲来复位整个配置逻辑、WBSTAR、BOOTSTS寄存器，这个复位脉冲会拉低INIT_B、Done引脚，重新从RS引脚设置的0地址处开始配置流程。在fallback的重配置过程中，看门狗会禁能， IPROG指令也被忽略掉，且此次配置若是失败的话，不会再进行配置了。

IPROG

使用ICAPE2发出IPROG指令

比特流中嵌入IPROG指令

XAPP1081

XAPP733

博文链接

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