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基于SPI FLASH的FPGA多重配置

时间:02-24 来源:互联网 点击:

G指令之前,需要对ICAP核进行预配置。重载控制模块在收到触发信号后,第一个时钟周期将ICAP核的WRITE信号和CE信号置高,第二个周期将WRITE信号置底,CE信号置高,第三个周期将WRITE信号置底,CE信号也置底。接着在下面的8个时钟周期里,将指令队列中的控制命令逐个发出。状态机指令流程如图3所示。

  

  在状态机发送IPROG指令的过程中,为了保证ICAP核接收到正确的指令,每一个发送出去的命令和数据必须遵循SelectMAP数据顺序。SelectMAP数据顺序是将每个指令都按字节划分,划分后每个字节的数据都按比特位翻转。如果为"X32"模式,则划分为4个字节,每个字节进行位翻转。图4以"X16"为例说明Se-lectMAP数据顺序。

  

  当状态机从用户程序接收到一个触发条件后,会发送一系列如图3所示的IPROG命令。Verilog编码实现状态机的过程中,必须按照图3给出的指令顺序发送这些IPROG命令,否则无法正确的与ICAP核通信。同时这些指令都具有自己特殊的定义而且必须服从Select-MAP数据顺序,否则无法通信。IPROG指令的具体定义及说明如表1所示。

  

  在上述配置指令过程中,第五步Warm Boot StartAddress Register(WBSTAR)指定了满足触发条件的比特流在SPI FLASH中的起始地址,WBSTAR被赋值的地址必须和即将配置的bit流在SPI FLASH中的物理位置相同,否则FPGA就无法从外部读取bit流。WBSTAR被赋值的数值都是提前根据程序的要求计算好的。计算WBSTAR值的时候需要了解WBSTAR寄存器每一位的具体含义,如图5所示。

  

  WBSTAR寄存器共31位,高三位是保留位,RS[1:0]

  两位指定了可以多重配置的bit流的个数。RS_TS_B是RS[1:0]的使能信号:0表示Disabled,1表示Enabled.

  START_ADDR表示要回读的比特流在外部配置存储器的起始地址。状态机在对WBSTAR进行赋值时,要根据自己选择的bit流个数以及对应各个bit流在外部配置存储器贮存的地址自行计算WBSTAR地址。这里以4个bit流为例说明WBSTAR地址的计算方法,如表2所示。状态机使用的地址是服从SelectMAP数据顺序的地址。FPGA专用配置逻辑在收到IPROG指令后,开始执行内部复位操作(JATG管角和重载控制部分不进行复位操作),擦除板卡上原有的程序,从FLASH芯片中WBSTAR所指向的起始地址开始读取新配置文件完成FPGA的重配置。

  

  2多重配置的实现

  Xilinx系列的FPGA需要将后缀名为mcs的内存镜像文件固化到外部配置存储器中,FPGA上电后才能自动加载配置文件。一般的mcs文件只包含一个bit流文件,多重启动的固化文件(。mcs)包含多bit流文件。在将多个bit流整合到mcs文件的过程中,需要指定每个bit流的起始地址,这样FPGA专用配置逻辑才能根据地址找到对应的bit流。首先将用户开发的应用程序和重载控制模块添加到一个工程当中,利用ISE编译软件生成位流文件(。bit)。由于Virtex5系列器件本身的特性,一般情况下生产的bit流文件大约为3 300 KB,而SPIFLASH的容量为32 Mb即4 MB,这个容量无法满足在一个SPI FLASH上贮存多个bit流文件,需要对生成的bit流进行压缩。在用ISE软件生成bit流文件时,当完成了Synthesize-XST以及Implement Design后,执行到最后一步Generate Programming File时,在Process Proper-TIes中General Options选项中勾选Enable BitstreamCompression.通过这个压缩设置可以对bit流进行压缩,压缩后的bit流大约在500~600 KB之间,可以满足在一个容量为32 Mb的SPI FLASH上贮存多个bit流文件。其次将需要进行重配置的多个位流文件拷贝至一个工程目录下,有两种方法可以将多个bit流整合为一个mcs文件。第一种方法是通过ISE编译软件的命令行窗口,使用命令行命令将多个位流文件合并为一个FLASH存贮芯片M25P32中烧写的内存镜像文件(。mcs)。第二种方法是用Impact软件创建MultibootSPI FLASH,选择相应的FPGA型号和FLASH的容量以及要包含的bit流的个数(版本的个数)。本文使用第一种方法来将多个bit流文件形成一个内存镜像文件(。mcs)。使用promgen命令的具体格式为:

promgen -spi -pmcs -oMulitBoot.mcs-s4096 -u0rev0.bit -u100000rev1.bit -u200000rev0.bit -u300000rev0.bit命令中各参数的说明如下所述。-spi:表示生成的mcs文件要固化到SPI FLASH中;-p mcs:生成文件的格式是mcs格式;-o ML507.mcs:要生成的文件名,可以根据需要修改;-s 4096:定义了外部存储器的容量,4096表示32 Mb;- u 0rev0.bit:表示名字为rev0的比特流文件在外部存储器的起始地址为0;-u 100000 rev1.bit:表

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