利用UART对FPGA进行升级的方法.pdf

UART与FPGA升级 UART即通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，它是用于串行通信的一种协议，在电子工程领域广泛应用。UART允许设备之间通过串行线进行异步通信，而不需要额外的时钟信号线。在本篇研究中，UART被用于一种新的FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）升级方法。FPGA是一种可以通过软件重新编程来实现不同逻辑功能的集成电路，被广泛应用于电子设计自动化（EDA）领域。 文章提到的FPGA升级方法主要是通过UART替代传统的JTAG（Joint Test Action Group）升级方式。JTAG是一种用于测试集成电路的技术，通过该技术实现对FPGA的编程与调试。传统的FPGA编程通常需要JTAG接口来实现，但JTAG升级需要专用硬件和较长时间，同时增加了成本。因此，研究者提出利用UART进行FPGA升级的方法，旨在减少时间和成本。 该设计使用了Xilinx FPGA（赛灵思是FPGA市场上的主导品牌之一）、UART芯片、Flash芯片和串口连接线。FPGA内部集成了MicroBlaze处理器（一种Xilinx开发的软核处理器）、ICAP（内部配置访问端口）、IP核和UART控制模块。通过这种方式，FPGA内不仅有用于处理逻辑功能的硬件，还具备了类似于计算机的运行环境。这种集成化的设计称为片上系统（System On Chip，SoC），其中集成了处理器、存储器、I/O接口等元件。 同时，研究中还提到采用了MultiBoot双镜像技术。这种技术意味着在FPGA中存储了两份配置数据，一份用于当前运行的系统，另一份作为备份。在升级过程中，若遇到更新失败的情况，系统可以立即切换到备份镜像继续工作，从而保障了FPGA升级过程中的稳定性。这种方法在保证系统可靠性的同时，还能够实现系统状态的快速恢复。 实验结果证明，使用UART进行的FPGA升级方法，不仅提高了升级效率，也降低了维护成本，且能够稳定运行，适合于FPGA远程升级的场景。这一方案相较传统方法，缩短了升级时间，节约了成本，具有较高的实用价值和市场推广潜力。 关键词中还包括了FPGA芯片、UART芯片、MultiBoot技术，以及可编程片上系统（Programmable System On Chip，PSOC）。PSOC是指在单个芯片上集成处理器和可编程逻辑的系统级芯片。研究中提到的PSOC体现了FPGA技术与处理器技术相结合的趋势，为硬件设计带来了更大的灵活性和可扩展性。 本研究介绍了一种创新的FPGA升级方法，通过UART接口实现了快速、经济和安全的程序更新。这项工作不仅对于FPGA的研发具有指导意义，也为其他硬件设备的远程升级和维护提供了新的思路和实践案例。