FPGA和CPLD引导加载程序

Question

作为来自MCU世界的人，我创建引导加载程序以便客户可以更新固件。

对于FPGA：

由于固件存储在外部闪存中，FPGA图像是否只需写入其外部闪存然后重新启动？但是，如果新文件损坏或连接在更新时断开会发生什么情况？是否有一种方法可以进行默认备份？在MCUs中，引导加载程序永远不会被覆盖，因此应用程序随时可能出错，而引导加载程序仍将正常工作。

是否有一个单独的专用非易失性存储器部分，在上电时不会重新配置，您可以在其中加载引导加载程序？

对于CPLD：

由于图像存储在内部，它们是否有一种自我配置的方式？如何为CPLD制作引导加载程序？

其他想法：

也许您可以放置某种带有GPIO的FTDI芯片，您可以通过USB从PC应用程序控制它。这样，您就可以通过位扰动SPI在外部闪存中加载新图像？有人这样做过吗？这样，即使FPGA图像损坏或丢失，仍然能够加载新图像。

请注意，我假设FPGA或CPLD独自放置在板子上。这意味着板子上没有MCU来完成所有这些操作。

了解行业如何完成此任务的任何见解都将是极好的。

- guitardenver

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请参阅FPGA和CPLD引导加载程序。该问题似乎对于Stackoverflow来说也过于宽泛。请参阅我可以在这里询问哪些主题？。 - user1155120

这个问题有点笼统，但是它足够狭窄，可以得到一个通用且有用的答案。对于试图攀登FPGA陡峭学习曲线的人来说，这是一个有效的问题。 - Timmy Brolin

Answer 1

FPGAs

对于这个问题，没有一个通用的答案。不同的FPGA和不同类型的应用程序有所不同。

一些FPGA具有在外部闪存中具有两个比特流的功能，因此如果一个比特流损坏了，它将回退到第二个比特流。您必须查看您的确切FPGA的数据表，以找出它是否具有此类恢复功能，以及它的工作原理。

另一种常见的方法是在FPGA旁边放置一个MCU，并让MCU管理FPGA的比特流更新。使MCU负责确保外部闪存中有有效的比特流。

或者，您可以完全跳过外部闪存，并使MCU在每次启动时将比特流发送到FPGA。

一些FPGA，如Xilinx ZYNQ，具有内置的硬处理器。该处理器可以独立于FPGA引导，因此您为该处理器编写正常的引导加载程序，并使其成为处理器更新FPGA比特流的责任。

如果您的应用程序是USB外设，则处理它的一种好方法是跳过闪存，并使PC上的USB驱动程序在每次启动时将比特流加载到FPGA中。不建议通过FTDIchip GPIO进行位带操作，因为这需要很长时间。FTDIchip和其他制造商都支持SPI和JTAG的硬件支持。使用这些，您可以在每次启动时快速完成操作，而无需进行位带操作。

CPLDs

通常没有内置的恢复机制。（可能有例外）

CPLD是非常基本的设备。如果您想要比特流更新功能，则通常必须由外部MCU完成。通常不会为CPLD实现比特流更新功能。您应该从一开始就使设计无误。

- Timmy Brolin

Answer 2

如果FPGA不支持双重配置，并且您直接对FPGA进行编程（而不是通过微控制器），并且某种方式新的位文件或连接出现问题，您必须从头开始重新编程。 然而，在Spartan 6中，有两种方法可以直接将程序加载到FPGA上： 1. 这种方法相对快速，只需几分钟即可完成。但是，如果设置出现问题，您必须从头开始。这种方法主要用于进行轻微修改（特别是时间相关的微调），因为位文件的加载不需要太多时间。 2. 有一个外部存储器，您可以在其中加载程序。加载到该存储器上的位文件会一直保留，除非您决定显式地重新编写它。将位文件加载到此存储器上需要更长时间（取决于代码的复杂性），但它会保留在那里，您可以将此代码加载到FPGA上。

- rubana

Answer 3

有没有一种方法可以进行默认备份？

Intel MAX 10系列fpga有内置配置闪存，支持双重配置。如果一个配置出现问题，另一个仍然存在并将用作备用映像。

但这可能是个例外，在fpga世界中不是典型情况。

- Vlad