首先拋出重點(diǎn)：使用Xilinx的平臺(tái)，最大的難點(diǎn)在于，要自己設(shè)計(jì)一個(gè)Flash讀寫控制器

具體如何設(shè)計(jì)一個(gè)合適的Flash讀寫控制器，鑒于Flash有諸多型號(hào)諸多接口，設(shè)計(jì)需求也不盡相同，所以這里不詳細(xì)論述了。文本討論一些與Xilinx FPGA相關(guān)的、大概率會(huì)遇到的問題。

這個(gè)Xapp的附件中，有一個(gè)用VHDL實(shí)現(xiàn)的Flash讀寫控制器設(shè)計(jì)可以參考。設(shè)計(jì)提供了源代碼。

關(guān)于這一篇，xapp1081，有幾點(diǎn)需要注意：

1.這一篇文檔的重點(diǎn)不是Flash讀寫控制器，提供的Flash讀寫控制器代碼在文檔中沒有詳細(xì)說明。

2.提供的Flash讀寫控制器只針對(duì)文檔中提到的特定用法。如果有更換FPGA、Flash等任何改變，均不保證能正常工作。

3.Xilinx默認(rèn)對(duì)Xapp不提供任何官方支持。

自行設(shè)計(jì)Flash讀寫控制器的優(yōu)勢是：

1.理論上可以通過修改設(shè)計(jì)來支持任何Flash，不用擔(dān)心兼容問題。

2.在時(shí)鐘、數(shù)據(jù)位寬、Flash操作命令等方面更靈活，可以充分挖掘FPGA和Flash的潛力。

假設(shè)已經(jīng)有了Flash讀寫控制器的RTL設(shè)計(jì)，下一步應(yīng)該是集成到FPGA設(shè)計(jì)中，其中主要的工作是連接FPGA I/O。

Pin安排

對(duì)于Xilinx的平臺(tái)的配置Pin，一般分為兩類，專用和復(fù)用。專用Pin是指只能用于配置模式，用戶無法(或者不方便)直接控制Pin的行為。復(fù)用Pin是指加載完成之后，這個(gè)Pin會(huì)變?yōu)閁ser I/O，即和普通的User I/O一樣，可以由加載后的FPGA設(shè)計(jì)來控制Pin的行為。

控制Flash的配置Pin，基本都是復(fù)用類型Pin。在配置完成之后，都可以作為用戶可控的User I/O。所以可以設(shè)計(jì)一個(gè)Flash讀寫控制器，連接到這些Pin上。這樣FPGA在加載之前和加載的過程中，這些Pin工作在配置模式，從Flash中讀取配置數(shù)據(jù);在加載完成之后，這些Pin變?yōu)閁ser I/O模式，由讀寫控制器設(shè)計(jì)控制進(jìn)行讀寫操作。

需要注意的是配置時(shí)鐘的處理。部分FPGA的CCLK是復(fù)用模式，加載完成之后可以作為User I/O。內(nèi)部通過ODDR輸出時(shí)鐘即可提供Flash需要的時(shí)鐘。但是另外一部分FPGA的CCLK是專用Pin，用戶無法直接控制。這個(gè)時(shí)候可以查查是否有STARTUP這個(gè)模塊，往這個(gè)模塊的 USRCCLKO Port上送某個(gè)時(shí)鐘，就等于CCLK Pin上輸出這個(gè)時(shí)鐘。

假設(shè)現(xiàn)在Flash讀寫控制器已經(jīng)集成到FPGA中了，數(shù)據(jù)的握手傳輸也完成了。那么下一步，就是，把什么數(shù)據(jù)往Flash中寫入了。

這個(gè)問題Xilinx的處理就方便多了。最簡單的方案，是寫入bin文件。不過即使是bin文件，也可能會(huì)犯錯(cuò)。下面分析一下Xilinx的配置文件。

Xilinx常用的配置文件格式有三個(gè)(大部分情況下知道這三個(gè)就足夠了)：bit/bin/mcs

直接寫入Flash的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的是bin文件。bin文件和bit文件都是二進(jìn)制格式，bin文件直接對(duì)應(yīng)Flash中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

下面用A7 100T為例子，生成一個(gè)bit文件作為基準(zhǔn)。分析一下三種文件。

默認(rèn)的情況下沒有任何約束，生成的bit文件作為基準(zhǔn)，取名為original.bit。

在Vivado工程生成bit的同時(shí)，可以同時(shí)生成一個(gè)bin文件，取名original.bin。

另外，當(dāng)獲取bit文件之后，可以使用write_cfgmem命令來生成bin文件和MCS文件。這種方法生成的bin文件，在默認(rèn)情況下，取名g.bin，可以發(fā)現(xiàn)g.bin和original.bin兩個(gè)文件不太一樣。不過如果在使用write_cfgmem命令時(shí)添加參數(shù) -interface SPIx1，生成文件spix1.bin，會(huì)發(fā)現(xiàn)spix1.bin和original.bin兩個(gè)文件幾乎一樣。

這個(gè)原因就是，write_cfgmem這個(gè)命令生成的文件是給Flash使用的。所以生成的文件內(nèi)容會(huì)隨著Flash配置的改變而改變。

默認(rèn)情況下，生成的bit文件original.bit是原始文件，伴隨生成的bin文件original.bin是直接轉(zhuǎn)為bin文件，不包含針對(duì)Flash的配置。

而write_cfgmem生成的bin文件，默認(rèn)情況下認(rèn)為Flash接口格式為SMAPX8(可以參考同時(shí)生成的.prm文件)，所以生成的bin文件g.bin做了相關(guān)處理(一般是位序和大小端的轉(zhuǎn)換)。而SPI模式下，不需要額外的轉(zhuǎn)換，所以生成的bin文件spix1.bin和original.bin幾乎一樣。

類似，如果選擇BPIx8模式生成BPIx8.bin，可以發(fā)現(xiàn)和SMAPX8模式下的g.bin文件幾乎一樣。

所以可以明確，生成bit文件時(shí)生成的bin文件并不含有配置的相關(guān)信息。如果需要使用bin文件，那么用write_cfgmem，并同時(shí)提供相關(guān)配置接口信息，是更好的方案。上文提到的使用bin文件時(shí)可能會(huì)犯錯(cuò)，就在于此。

至于MCS文件，由于是文本格式，所以直接讀取文件的數(shù)據(jù)是無法直接寫入Flash的，需要進(jìn)行一定程度的轉(zhuǎn)換。如果僅僅是遠(yuǎn)程更新中燒錄Flash的操作，那么可能用不到這個(gè)MCS文件。

注：三種文件雖然是在Vivado平臺(tái)下進(jìn)行討論。由于配置文件的內(nèi)容，應(yīng)該與工具無關(guān)而和器件相關(guān)，所以ISE環(huán)境下的原理是一樣的，只是生成各個(gè)文件的操作步驟有不同而已。ISE工程生成bit文件后，使用Impact工具進(jìn)行文件的轉(zhuǎn)換。

另外，寫入Flash時(shí)需要注意：

1.Flash需要先擦除再寫入。

2.寫入可能遇到大小端的問題，比較簡單的方法就是先試一下，如果不行，數(shù)據(jù)大小端改換一下再進(jìn)行嘗試。

3.對(duì)于7系列及以后的芯片，基本上都是從0地址開始寫入Flash即可。Spartan-6可能其實(shí)位置不是0地址，需要查看文檔確認(rèn)一下。

到此，Xilinx平臺(tái)下遠(yuǎn)程更新的Flash讀寫控制方案已經(jīng)基本介紹完了。更多配置的細(xì)節(jié)，可以參考相關(guān)FGPA的配置文檔，例如7系列是UG470。

審核編輯：湯梓紅