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【技術(shù)分享】基于FPGA的百變設計方案

日期:2021-10-19 作者:潤欣科技創(chuàng )研社 返回列表

FPGA方案


隨著(zhù)一款產(chǎn)品在研發(fā)階段的日漸成熟,實(shí)現的功能也日趨復雜化和多樣化,對產(chǎn)品功能實(shí)現重定義的應用需求也在日益加大。產(chǎn)品功能重定義就是在不改動(dòng)設備硬件設計的前提下,通過(guò)更改FPGA的程序文件,達到產(chǎn)品功能重定義的方法。

一般的產(chǎn)品在設計時(shí),研發(fā)會(huì )按照產(chǎn)品的定義完成功能代碼的開(kāi)發(fā),然后用JTAG接口進(jìn)行燒錄、調試,但是等產(chǎn)品上線(xiàn)時(shí),所有的固件就會(huì )被固化,并且因為JTAG接口過(guò)于笨重,我們一般是不保留該接口;所以也無(wú)法在產(chǎn)品完成固化后進(jìn)行重新燒錄進(jìn)行重定義的操作。

目前也有一些應用方案會(huì )使用BLE/WIFI SOC+存儲芯片的架構,BLE/WIFI SOC負責存儲芯片的讀寫(xiě),存儲芯片作為FPGA的程序代碼存儲器,工作時(shí),BLE/WIFI SOC將存儲芯片中的數據讀出,并按照特定時(shí)序(FPGA加載時(shí)序)發(fā)送到FPGA,此過(guò)程即為FPGA的數據加載流程,如果需要升級功能,通過(guò)無(wú)線(xiàn)進(jìn)行遠程O(píng)TA升級。而本方案是無(wú)需其它芯片參與的情況下通過(guò)邏輯設計和UART口進(jìn)行產(chǎn)品功能的重定義。


邏輯設計


本方案的核心就是雙啟動(dòng),其中區域1為固化區域,此區域非功能區域,而是負責區域2的管理,其中區域2為功能區域,每次的功能重定義就是對區域2的刷新。區域2的刷新通過(guò)PC和串口調試助手模擬上位機,傳輸工程的 Bin 文件到 fpga 啟動(dòng)配置的Flash 中,實(shí)現兩個(gè)存儲到 flash 程序的跳轉完成固件升級操作。

3-02.png

設置兩個(gè)區域,第一個(gè)區域執行程序1,完成對區域2的管理和升級工作。第二個(gè)區域的程序2是我們用戶(hù)設計的功能程序或者說(shuō)產(chǎn)品程序。在 FPGA 啟動(dòng)中, 如果我們不升級區域 2 的程序,那么自動(dòng)通過(guò) ICap 接口跳轉到區域2的程序中。 區域1起始地址 0x0,區域2起始地址 0x0100000。

在本方案中,設計區域1的程序實(shí)現的功能為:上電后自動(dòng)加載此程序,此時(shí)開(kāi)始計時(shí)如果 20 秒內沒(méi)有檢測到串口發(fā)送的擦除指令,那么我們啟動(dòng) icap 跳轉,跳轉到區域 2 程序中。

如果希望再次升級的話(huà)必須重新給板卡上電使得程序回到區域1中。


流程圖如下:

2-02.png


頂層結構圖如下:

圖表-02.png


FPGA uart接收模塊,接收上位機發(fā)送的數據,并實(shí)現波特率為115200的uart協(xié)議的串行數據到并行數據的轉換,將數據發(fā)送至flash_ctrl模塊,Flash_ctrl模塊是flash的控制模塊,該模塊自定義了一個(gè)簡(jiǎn)單的協(xié)議,根據uart指令來(lái)控制flash的擦除、讀、寫(xiě),協(xié)議包括三種數據包來(lái)對應相應的指令,再將數據發(fā)送至對應的模塊;而由flash擦除、讀、寫(xiě)三個(gè)模塊處理的數據返回后經(jīng)過(guò)uart_tx模塊返回上位機,本文中即返回PC機串口模塊。

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