如今，隨著FPGA工藝的進(jìn)步，性能提升和成本縮減均得到極大的改善，這使得FPGA芯片的使用越來越廣泛。因此為了達(dá)到降低系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)的成本，通常我們都會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)傳送最新的下載文件，讓用戶在現(xiàn)場(chǎng)直接將文件下載到FPGA中進(jìn)行遠(yuǎn)程的升級(jí)處理。然而，一旦下載文件是錯(cuò)的，那么系統(tǒng)輕則功能出錯(cuò)，重則直接死機(jī)不工作。為了防止這種情況發(fā)生給用戶帶來重大影響或者損失，Xilinx提供了FPGA的多重配置操作功能。

1.何為多重配置

FPGA多重配置允許動(dòng)態(tài)進(jìn)行多個(gè)下載文件之間的切換，當(dāng)引導(dǎo)配置過程中檢測(cè)到出錯(cuò)時(shí)，F(xiàn)PGA會(huì)觸發(fā)一個(gè)回退標(biāo)志確保一個(gè)已知的好的文件可以被加載進(jìn)來。具體如下圖所示：

簡(jiǎn)而言之，就是你的.mcs文件里包含有兩個(gè)或更多的下載文件，然后地址0的位置開始存放一個(gè)可用的下載文件（多數(shù)是升級(jí)前那個(gè)舊的文件），后面的地址（ADDR_1）存放你將要更新的文件。當(dāng)下載時(shí)，F(xiàn)PGA會(huì)先從ADDR_1讀取更新的文件，若這個(gè)過程發(fā)生錯(cuò)誤的話就會(huì)回到地址0，讀取之前的文件，確保設(shè)備仍能正常工作。

2.多重配置的使用

Xilinx的多重配置功能除了更新文件外，也可以進(jìn)行多任務(wù)的切換調(diào)度處理?；谶@個(gè)功能，只要Flash夠大，是可以存放好多個(gè)下載文件的。當(dāng)遇到FPGA資源較小，且多個(gè)功能之間是獨(dú)立不干擾的話，有時(shí)候可以通過外部控制，在需要不同功能時(shí)，進(jìn)行文件切換下載。

比如一個(gè)設(shè)備需要做到ABCD四個(gè)功能，且ABCD各自應(yīng)用于不同場(chǎng)合，之間沒有數(shù)據(jù)往來，互不干擾。如果這時(shí)FPGA的資源只能夠?qū)崿F(xiàn)ABCD中的一種功能或者兩種，那么我們就可以做出四個(gè)不同的bit文件分別實(shí)現(xiàn)ABCD四種功能并合并成一個(gè).mcs文件下載到Flash中。當(dāng)在需要A功能的場(chǎng)合，我們可以使用按鍵或者上位機(jī)進(jìn)行配置，讓FPGA加載A功能的下載文件，實(shí)現(xiàn)A功能。同理，在只需要BCD的場(chǎng)合也是這樣，如此可以大大節(jié)省FPGA的資源。

3.多重配置的流程

FPGA內(nèi)部有一個(gè)ICAP核，可對(duì)程序加載進(jìn)行預(yù)配置，預(yù)配置處理可在.v代碼中處理并隨之生成.bit文件。如果不在代碼處理，則為默認(rèn)配置。Xilinx FPGA的多重配置流程如下圖所示，具體可參考官方文檔 “ xapp1247 ” 。

其中可用文件存放在起始地址為0處；更新文件存放在起始地址為A1處。

上電后，F(xiàn)PGA會(huì)進(jìn)入Flash的0地址，檢測(cè)配置寄存器中的WBSTAR和IPROG指令（.v里進(jìn)行配置）。

如果WBSTAR地址指向A1，且IPROG的指令正確，F(xiàn)PGA會(huì)跳到A1處讀取并加載文件。

如果A1處的WBSTAR地址為0，且沒有IPROG指令，則加載此處的文件。

如果在加載更新文件過程中發(fā)生錯(cuò)誤，F(xiàn)PGA便會(huì)跳到地址0處，重新加載確?？捎玫哪莻€(gè)文件。

IPROG的指令表如下所示：

對(duì)于IPROG的指令配置，必須按照這個(gè)順序進(jìn)行，一旦數(shù)據(jù)不對(duì)或者順序不對(duì)，F(xiàn)PGA便不會(huì)對(duì)更新文件進(jìn)行加載。

4.結(jié)語

在實(shí)際使用中FPGA的多重加載是非常有幫助的，靈活的使用能夠避免很多現(xiàn)場(chǎng)的尷尬，也節(jié)省了很多后期技術(shù)支持的成本。下一節(jié)將介紹如何進(jìn)行代碼的多重配置處理與使用。