使用串口实现FPGA的远程更新（附教程）——基于新起点开发板

SunML · 发表于 2020-7-10 16:49:23

本帖最后由 SunML 于 2020-11-25 09:21 编辑

      在使用开发板做FPGA开发时，常见的方式是使用JTAG下载程序。但是在实际的项目中，产品交付后，很难再使用JTAG接口进行固件升级。原因有很多，如产品结构不方便拆卸，或者产品装配在不易到达的位置等。

此时需要使用FPGA的远程更新功能，使用产品自带的通讯接口（如串口，以太网接口等）传输待更新的固件，将固件写入EPCS等非易失性存储器，最后触发FPGA使用新的镜像文件进行重配置。

ALETRA Cyclone IV 系列FPGA中包含了一个 ”远程系统升级电路”，我们可以利用它实现FPGA的远程更新。这里以正点原子“开拓者/新起点”FPGA开发板为例，使用串口来演示FPGA的远程更新功能。

程序总共分成三个部分，如下：

      0_RSU_Factory：
            远程更新过程中的出厂镜像，基于新起点开发板，出厂程序运行过程中开发板左侧两个LED会循环闪烁，作为指示灯。
            出厂镜像在执行重配置时，关闭了用户程序的Watchdog使能。

      1_application_image_project：
            应用镜像工程，有3个指示灯，LED[2:0]同时快速闪烁，指示当前处于用户模式；（该镜像为原始应用镜像，直接和出厂程序一起固化到EPCS中）
            该模式下3个LED同时闪烁持续7秒后，触发重配置，跳转到出厂模式；

      2_RSU_Application：
            需要更新进去的应用镜像，实现了流水灯的功能。

其中最关键的模块为0_RSU_Factory，其顶层模块原理图如下所示：

远程更新的操作步骤如下：

            一、用 0_RSU_Factory 和 1_application_image_project 的 sof 文件导出一个JIC文件，烧录到EPCS中，其存储映射如下所示：

                     IMAGE                               BLOCK             START ADDRESS             END ADDRESS

                     0_RSU_Factory                      Page_0             0x00000000             0x0003FFFF (0x0001ED17)
                     1_application_image_project                Page_1             0x00040000             0x001FFFFF (0x0005A317)

            二、开发板重新上电，则出厂程序会在上电后直接执行重配置。
                     重配置后的现象是：LED[2:0]同时快速闪烁，指示当前处于用户模式；

            三、3个LED同时闪烁持续7秒后，触发重配置，跳转到出厂模式。
                     跳转到出厂模式后的现象是：开发板左侧两个LED会循环闪烁，指示当前处于出厂模式；

            四、出厂模式下，通过串口助手将 2_RSU_Application 的镜像文件发送给开发板。
                     新的应用镜像接收完成后，会自动触发重配置，再次进入用户模式，开发板上显示四个LED的流水灯效果，表示远程更新成功；

            五、开发板再次重新上电，显示的是流水灯效果，证明新的应用镜像成功写入EPCS。

colinh · 发表于 2020-7-10 17:29:51

能远程升级倒是个很好的主意，mark一下，再赞一个

QinQZ · 发表于 2020-7-10 17:51:49

更新的速度快吗？波特率115200，JIC 2MB左右，需要多久。

SunML · 发表于 2020-7-10 18:06:08

QinQZ 发表于 2020-7-10 17:51
更新的速度快吗？波特率115200，JIC 2MB左右，需要多久。

串口通信波特率为9600，发送的镜像会首先缓存到FIFO中，然后从FIFO中读出，并通过ASMI IP核写入EPCS。

设计应全力避免FIFO溢出，否则更新EPCS失败，一旦FIFO溢出，则最右侧LED会点亮。

避免FIFO溢出可以通过增加FIFO的深度，或者降低串口通信的波特率来实现，但是波特率降低后文件下发的速度下降，更新时间增加。