FPGA_SPI多重启动

### FPGA_SPI多重启动知识点解析 #### 一、概念介绍 - **多重启动（MultiBoot）**：多重启动是指Xilinx 7系列FPGA能够从两个或更多个比特流（.bit文件）中选择一个进行加载并运行的能力。这种机制主要用于在FPGA中实现程序更新或者根据不同需求快速切换不同的配置文件。例如，在程序更新失败的情况下可以回退到先前正常的配置，或者通过外部触发信号在已知的多个良好配置之间进行切换。 - **SPI**：SPI不仅是一种闪存技术，也是一种同步串行接口标准，用于高速数据传输。在多重启动中，通常使用SPI Flash作为非易失性存储器来保存不同的比特流文件。 - **Golden.bit**：这是FPGA加载时的默认比特流文件，它是一个完整的、可靠的配置文件，用于确保即使其他比特流加载失败时，系统仍然能够正常工作。 - **MultiBoot.bit**：多重启动比特流文件，包含特定指令和配置信息，用于引导FPGA加载指定的比特流。 - **FALLBACK机制**：这是Xilinx为多重启动提供的一个特性，即当FPGA尝试加载新的MultiBoot.bit文件失败时，会自动回退到Golden.bit文件进行配置。 - **IPROG**与**WBSTAR**：这两个是内部编程指令和热启动地址寄存器，分别用于启动FPGA配置过程和指示多重启动比特流在SPI Flash中的位置。 #### 二、流程介绍 多重启动的典型流程如下： 1. **上电初始化**：FPGA上电后，默认从SPI Flash的0地址开始读取配置数据，即Golden.bit文件。 2. **Golden.bit处理**：Golden.bit文件头部经过特殊处理，包含指向下一个比特流文件的地址信息。 3. **加载多启动比特流**：配置控制器读取Golden.bit文件后，会根据其中的地址信息跳转到SPI Flash中指定的位置读取MultiBoot.bit文件并配置FPGA。 4. **错误处理**：如果在加载MultiBoot.bit文件过程中遇到任何问题，配置控制器会触发FALLBACK机制，自动回退到Golden.bit文件。 #### 三、多重启动的两种启动方式 1. **方式一：嵌入式指令方式** - 在比特流文件中直接嵌入IPROG指令和WBSTAR地址。 - 这种方式仅支持加载一个比特流文件，即只有一个MultiBoot.bit文件。 2. **方式二：ICAP访问方式** - 通过内部配置访问端口(ICAP)向配置控制器发送WBSTAR地址和IPROG指令。 - 这种方式允许动态更改启动比特流的地址，从而支持多个比特流的加载。 #### 四、实现讲解 **方式一的实现步骤**： 1. **创建Golden工程**：首先建立一个基本的FPGA项目，该项目将生成Golden.bit文件。 2. **编写约束文件**：编写约束文件来定义引脚分配以及设置必要的属性，如启用配置回退(`set_property BITSTREAM.CONFIG.CONFIGFALLBACKENABLE [current_design]`)等。 示例约束文件代码片段如下所示： ```tcl # 定义LED引脚 set_property PACKAGE_PIN AE26 [get_ports {led_left[0]}] set_property IOSTANDARD LVCMOS15 [get_ports {led_left[0]}] set_property PACKAGE_PIN G19 [get_ports {led_left[1]}] set_property IOSTANDARD LVCMOS15 [get_ports {led_left[1]}] set_property PACKAGE_PIN E18 [get_ports {led_left[2]}] set_property IOSTANDARD LVCMOS15 [get_ports {led_left[2]}] set_property PACKAGE_PIN F16 [get_ports {led_left[3]}] set_property IOSTANDARD LVCMOS15 [get_ports {led_left[3]}] # 启用配置回退 set_property BITSTREAM.CONFIG.CONFIGFALLBACKENABLE [current_design] set_property BITSTREAM.GENERAL.COMPRESS TRUE [current_design] set_property BITSTREAM.CONFIG.SPI_32BIT_ADDR NO [current_design] set_property BITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH 2 [current_design] ``` 通过这种方式，用户可以在FPGA中实现灵活的配置切换，提高系统的可靠性和可维护性。此外，多重启动机制还提供了高级功能，如FALLBACK机制，以确保在配置出现问题时系统仍能正常运行。这些特性使得Xilinx 7系列FPGA成为许多复杂应用的理想选择。