基于Flash控制器的FPGA在线加载功能设计

传统的FPGA程序更新的方式是使用开发工具通过JTAG方式将FPGA程序固化至存储器件Nor Flash中，当某一复杂系统内需要更新多块FPGA时，JTAG方式由于同时只能更新一块FPGA，耗费时间长，并且还必须连接线缆，无法实现远程更新。因此，提出了一种FPGA在线更新程序的实现方案，该方案可以实现系统内的多块FPGA程序更新，最大化更新速度的同时，可通过网络实现远程更新，便于调试及远程升级。 《基于Flash控制器的FPGA在线加载功能设计》 在当今的嵌入式系统设计中，现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）因其灵活性和可配置性而备受青睐。然而，传统的FPGA程序更新方式，即通过JTAG接口将程序固化到Nor Flash中，存在诸多不便。在复杂的系统中，当需要更新多块FPGA时，JTAG更新方式不仅耗时，而且需要物理连接，无法实现远程更新。因此，本文提出了一种基于Flash控制器的FPGA在线加载功能设计，旨在提高更新效率，并支持远程更新。 0 引言 随着FPGA在各种应用中的普及，其程序的频繁更新成为常态。传统的JTAG更新方法在面对大规模FPGA系统时显得效率低下。本文的创新之处在于利用FPGA内部逻辑控制Flash控制器，实现对多个FPGA并行更新，从而显著提升更新速度，同时支持远程更新，为系统的调试和升级提供了便利。 1 FPGA配置方式 常见的FPGA配置方式有串行Flash、并行Flash和JTAG等，其中并行Flash（BPI）是最常用的一种。它通过控制读写使能信号和地址线，将配置文件写入Nor Flash，FPGA重启后从Flash中读取配置数据进行加载。本文的在线更新方案正是基于这种并行配置方式，通过FPGA逻辑控制Flash的读写，实现多块FPGA的并行更新。 2 Flash控制器设计 Flash控制器的设计是实现FPGA在线更新的关键。控制器需要能够执行读、写、擦除等基本操作，通过控制相应的命令寄存器和接口信号（如片选、写使能、读使能、地址和数据总线）来实现。例如，Spansion公司的S29GL-P系列Nor Flash，其控制器外部接口包括启动信号、数据交互信号以及状态指示等。控制器的工作流程通常包括读ID以验证芯片、执行扇区擦除和写缓冲操作。 3 工程应用及性能测试 在实际项目中，例如一个包含10块FPGA的系统，采用本文提出的在线加载方案，可以构建如图7所示的系统架构。通过性能测试，我们可以评估该方案的效率和可靠性。在并行更新过程中，地址会自动累加，写操作选择缓冲写以最大化速度，而读操作则根据系统需求选择单字读。在完成擦除和写入操作后，通过config_status信号确认更新状态。 总结，基于Flash控制器的FPGA在线加载功能设计为复杂系统中的FPGA程序更新提供了一种高效且灵活的解决方案。它减少了更新时间，增强了系统的可维护性和远程服务能力，对于现代嵌入式系统的设计和优化具有重要意义。