引言本系列筆記對Xilinx FPGA快速啟動QuickBoot方法實現(xiàn)遠(yuǎn)程更新進行詳細(xì)闡述這些內(nèi)容對于評估該方案以及調(diào)試實際部署過程中出現(xiàn)的問題至關(guān)重要。1. 概 述Xilinx FPGA 的一大核心優(yōu)勢在于其遠(yuǎn)程更新能力。該功能支持對已部署的系統(tǒng)進行設(shè)計補丁更新或功能升級。本應(yīng)用筆記提供了一套解決方案實現(xiàn)穩(wěn)定的現(xiàn)場更新。該套解決方案被統(tǒng)稱為快速啟動QuickBoot方法。2. 介 紹圖 1 展示了一種具備 FPGA 遠(yuǎn)程更新功能的系統(tǒng)架構(gòu)。如圖所示新FPGA比特流可以通過以太網(wǎng)、PCIe、USB接口或者USB存儲器、SD卡等多媒體存儲卡實現(xiàn)比特流傳輸。圖1FPGA 遠(yuǎn)程更新功能的系統(tǒng)架構(gòu)Xilinx 快速啟動QuickBoot方法支持 7 系列所有 FPGA內(nèi)置遠(yuǎn)程更新故障恢復(fù)機制可回退至經(jīng)驗證可用的 “可靠比特流”無論是更新比特流還是可靠比特流均可實現(xiàn)快速配置。另外QuickBoot兼容多種配置模式包括SPI 模式、BPI模式、加密比特流以及多 FPGA 配置菊花鏈。3. 傳統(tǒng)遠(yuǎn)程更新的方案面向可遠(yuǎn)程更新 FPGA 的傳統(tǒng)方案其設(shè)計思路是在Flash閃存中劃分出專用保留區(qū)域用于存儲以下兩類內(nèi)容■ 升級比特流■ 經(jīng)驗證可用的 “可靠比特流”黃金比特流或出廠默認(rèn)比特流該方案會部署一套遠(yuǎn)程編程機制通過這一機制將新的或增強版比特流燒錄至升級比特流存儲區(qū)。FPGA 在啟動時優(yōu)先采用該升級比特流完成配置配置過程如圖2所示。圖2傳統(tǒng)故障回退多重啟動的閃存組成與配置方法傳統(tǒng)遠(yuǎn)程更新方案會采用 FPGA 內(nèi)置的多重啟動MultiBoot 與故障回退Fallback 功能。其中多重啟動功能支持 FPGA 從閃存的指定地址選擇性加載比特流當(dāng) FPGA 檢測到配置錯誤遠(yuǎn)程更新流程失敗或被中斷時故障回退功能會將 FPGA 復(fù)位并從閃存的零地址重新嘗試配置并用黃金比特流完成配置。通常情況下黃金比特流會被設(shè)置為不可修改狀態(tài)以確保其在任何場景下都能保持可靠的可用狀態(tài)。注意在故障回退過程中FPGA 會忽略熱啟動跳轉(zhuǎn)序列。故障回退多重啟動方案采用了直接覆蓋升級比特流的更新方式與順序嘗試--恢復(fù)的配置機制。FPGA 的配置邏輯獨立負(fù)責(zé)解決所有編程錯誤或流程中斷問題。FPGA 優(yōu)先嘗試從升級比特流加載配置若檢測到配置錯誤則啟動故障回退機制基于可靠比特流重新完成配置。由于多了一次初始的配置嘗試故障回退場景下的配置耗時可達標(biāo)準(zhǔn)配置耗時的兩倍。4. 快速啟動QuickBoot方法遠(yuǎn)程更新方案4.1 快速啟動系統(tǒng)的整體架構(gòu)快速啟動QuickBoot方法通過微調(diào)比特流更新流程的編程算法將編程錯誤與中斷的恢復(fù)職責(zé)轉(zhuǎn)移至編程操作環(huán)節(jié)來承擔(dān)。該方法將編程方式與一種基于專用配置頭的特殊配置方法相融合形成一套完整的遠(yuǎn)程更新方案。此方案兼具高可靠性可兼容多種配置方案變體且在所有場景下均能實現(xiàn)快速配置?？焖賳酉到y(tǒng)的整體架構(gòu)詳見圖 3。圖3QuickBoot 遠(yuǎn)程更新解決方案生態(tài)系統(tǒng)4.2 QuickBoot配置方法圖4展示了面向遠(yuǎn)程更新的快速啟動QuickBoot配置方法。圖4面向遠(yuǎn)程更新的快速啟動QuickBoot配置方法快速啟動QuickBoot方案在閃存中包含以下組成部分■ 專用快速啟動頭文件■ 黃金比特流鏡像存儲區(qū)■ 升級比特流鏡像存儲區(qū)快速啟動頭文件的子組件進一步細(xì)分為■ 關(guān)鍵切換字■ 熱啟動跳轉(zhuǎn)序列關(guān)鍵切換字是快速啟動QuickBoot配置方法的核心所在。該關(guān)鍵切換字僅有開啟ON和關(guān)閉OFF兩種狀態(tài)當(dāng)切換字處于開啟狀態(tài)時FPGA 加載升級比特流反之當(dāng)切換字處于關(guān)閉狀態(tài)時FPGA 則加載可靠比特流?？焖賳観uickBoot配置方法會在配置流程的第一步通過關(guān)鍵切換字快速判定需要加載的比特流類型。隨后FPGA 便從選定的比特流存儲區(qū)開始執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的配置流程。歡迎關(guān)注FPGA技術(shù)實戰(zhàn)公眾號喜歡就多多轉(zhuǎn)發(fā)吧!