FPGA遠程更新重啟系統(tǒng)-技術方案

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1）因為FPGA具有開發(fā)周期短，可更新等優(yōu)點，現(xiàn)在有越來越多的通訊系統(tǒng)采用FPGA作為實際產(chǎn)品方案。已經(jīng)有大量的FPGA應用到通訊系統(tǒng)中，為了降低系統(tǒng)維護的人力成本，需要能夠?qū)崿F(xiàn)FPGA遠程版本更新。本文將以XilinxVirtex6為例描述如何實現(xiàn)遠程FPGA版本更新/重啟。

2）FPGA加載主要分為2大類，一類是主動模式（master）另一類是從模式（slave）。在主動模式時FPGA會外掛存儲器存儲FPGAbit映像，F(xiàn)PGA會主動提供時鐘訪問外部存儲器。在從模式時，F(xiàn)PGA作為從設備被掛在控制器CPU上由處理器控制對FPGA編程。上述兩種模式中，因為從模式FPGA由外部CPU控制編程，可以通過遠程更新CPU文件就可以實現(xiàn)對FPGA的版本更新，非常方便。但是當CPU外掛的FPGA較多時會使系統(tǒng)加載時間過長，降低系統(tǒng)啟動速度。這里將利用FPGA多重啟（multi-boot）功能實現(xiàn)在主動模式下版本更新。

3）遠程更新流程

當系統(tǒng)需要升級時，中心控制系統(tǒng)需要將新的FPGA比特映像文件直接發(fā)布到遠程子系統(tǒng)，由遠程子系統(tǒng)將比特文件更新到非易失存儲器。然后由FPGA內(nèi)部控制邏輯重新啟動。比特映像文件更新后，下次上電啟動將從新的比特映像文件。

如圖1.FPGA遠程更新系統(tǒng)

多重啟動FPGA介紹

a）多重啟動介紹

VIRTEX6可以支持2套配置文件，個版本為安全版本存放在起始位置（spi起始地址為0），第二個版本為終啟動版本。當FPGA啟動時，加載控制器會從地址0開始讀取加載指令。當讀到WBSTAR和IPROG指令時，控制器就跳轉(zhuǎn)到WBSTAR指定的地址讀取新的加載指令。在第二個配置文件中不再發(fā)IPROG指令，控制其將順序執(zhí)行以直到配置文件結(jié)束。配置順序如圖2.

b）多重啟動模塊

i）配置存儲器訪問接口

在FPGA配置過程中，F(xiàn)PGA通過指定的配置管腳訪問外部非易失存儲器，當配置結(jié)束后，部分管腳被釋放可以用作普通邏輯管腳，但部分FPGA配置管腳是配置專用，在用戶應用中是不可見的，需要例化專用模塊STARTUP_VIRTEX6才能允許用戶邏輯訪問這些專用管腳。

ii）FPGA重啟模塊ICAP

ICAP_VIRTEX6為用戶邏輯提供FPGA加載功能，它的功能與普通上點加載用的SELECTMAP加載功能相同。接口信號見表表2:ICAP_VIRTEX6接口信號

通過ICAP_VIRTEX6,用戶邏輯可以發(fā)指令讓FPGA從指定的位置重新加載配置文件。加載指令的發(fā)送順序為，

1.發(fā)同步字

2.將要加載文件的起始地址寫道WBSTAR寄存器（WarmBootStartAddressRegister）

3.發(fā)送IPROG指令

4.FPGA從WBSTAR寄存器指定地址開始讀取配置數(shù)據(jù)。

下面是一個控制ICAP從地址80000重加載例子

4）遠程更新的可靠性

在遠程更新過程中有多種原因可以造成遠端的配置文件出錯。比如數(shù)據(jù)傳輸錯誤，所以在跟新完成之后需要回讀校驗。為了減少傳輸負載可以采用CRC校驗。但是如果在版本更新過程中出現(xiàn)掉電或系統(tǒng)重啟，由于非易失存儲器中的配置影像文件已經(jīng)被破壞，遠程終端將無法啟動。為了避免這種情況的發(fā)生，遠程終端需要有2套配置文件，當一套配置文件出錯時，系統(tǒng)可以回退到備份配置文件啟動。這樣就可以保證當系統(tǒng)出錯時，遠程終端仍可以啟動，接受控制中心發(fā)出的版本更新指令重新進行更新。