关于FPGA远程更新bpi flash中multiboot的实现

关于FPGA远程更新bpi flash中multiboot的实现

• 关键词： 远程固化、flash固化、multiboot实现、bpi flash

一.什么叫multiboot ？

multiboot 即 flash多重启动加载方式，常用于远程加载场景中，当远程加载失败时，flash会启动应急预案，将另一块地址的备用程序拿来作为加载FPGA的程序，防止由远程固化失败导致的FPGA启动不了的情况。

二.multiboot 实现的基本流程

基本流程为： 将FLASH按照地址划分为两段，分别叫Golden Image和MultiBoot Image，使用时，需要在Golden Image和MultiBoot Image固化的程序文件中加入特定的约束。上电后，FPGA会先从Address 0开始加载程序，此时，特定的协议会告知FPGA从Upper Address加载程序。若MultiBoot Image中有配置完整的程序文件，FPGA将加载程序并运行，否则FPGA将会再次跳转到Golden Image，直接从Address 0加载程序文件并运行。

三、FPGA生成Golden Image和MultiBoot Image固化程序文件

（1）Golden Image的bit文件

在生成所需的bit流文件时，需要额外加入以下约束：

set_property BITSTREAM.CONFIG.NEXT_CONFIG_REBOOT ENABLE [current_design]
set_property BITSTREAM.CONFIG.TIMER_CFG  0x00010000 [current_design]
set_property BITSTREAM.GENERAL.COMPRESS true [current_design] 
set_property BITSTREAM.CONFIG.NEXT_CONFIG_ADDR 0x00800000 [current_design]                

（2）MultiBoot Image的bit文件

在生成所需的bit流文件时，需要额外加入以下约束

set_property BITSTREAM.CONFIG.CONFIGFALLBACK ENABLE [current_design]  
set_property BITSTREAM.GENERAL.COMPRESS true [current_design] 

（3）一个工程同时生成两种bit文件的方法（注：等于（1）＋（2））

 
 set boot_bitfile_name "FPGA_boot.bit" ;
set_property BITSTREAM.CONFIG.CONFIGRATE 33 [current_design]
set_property BITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH 1 [current_design]
set_property BITSTREAM.CONFIG.SPI_32BIT_ADDR Yes [current_design]
set_property BITSTREAM.GENERAL.COMPRESS true [current_design]               
set_property BITSTREAM.CONFIG.NEXT_CONFIG_ADDR 0x00800000 [current_design]
set_property BITSTREAM.CONFIG.NEXT_CONFIG_REBOOT ENABLE [current_design]    
set_property BITSTREAM.CONFIG.TIMER_CFG  0x00010000 [current_design]


set path_curr_tcl [file dirname [info script]]; #获取当前脚本所在路径

set OutPath "$path_curr_tcl/../../out";  #脚本路径返回2级后的out文件夹 "/../"表示上一级路径

#如果不存在此路径，则新建
if { ![file exists $OutPath] } {
    file mkdir $OutPath ;
}

write_bitstream -force -bin_file [file join $OutPath $boot_bitfile_name];  #在指定路径上生成bit文件

#到此结束是生成第一个bit和bin文件
#此处开始生成第二个bit和bin文件
set_property BITSTREAM.CONFIG.NEXT_CONFIG_REBOOT DISABLE [current_design]
set_property BITSTREAM.CONFIG.CONFIGFALLBACK ENABLE [current_design]   
set_property BITSTREAM.CONFIG.TIMER_CFG  0x00000000 [current_design]
write_bitstream -force -bin_file [current_design]

并将如上约束复制到txt文件中，并将后缀改为tcl文件，并将tcl文件添加至比特流设置的 tcl pre 中，可在工程的out文件夹中的生成Golden Image的bit文件

（4）将bit文件转化为bin文件

如下图，因为BPI 的bin文件需要进行swapping操作，因此bin文件需要使用如下方法生成。

如上需要选择 对应的flash芯片

四、远程下载上板验证

（1）生成合成的mcs文件

可以通过如下方式生成multiboot的合并mcs文件，第一个方框里是本文使用的bpi flash ，第二个方框中是multiboot的flash地址，注意，这里的地址与前面golden image 的约束是一致的，且这里的0x0800000地址，因为这里使用的是bpi x16的数据模块，因此0x0800000对应的数据位置其实是16M，这点我们在实现该功能的时候走了弯路，需要留意。

（2）将mcs文件固化到flash中，重启设置

（3）如何确定目前是multiboot image 还是 golden image的程序？

如上点击当前的fpga芯片，可以找到boot status 寄存器，当寄存器中的 BIT0_0_BACK为0 时候，表示这时候跑的是multiboot image的程序，如果BIT0_0_BACK为1 时候，表示这时候跑的是golden image的程序。