在线升级之ICAP,ISP,BIN,HEX,MCS

       学到了ICAP，做做笔记。

        具体可参考：FPGA中ICAP原语的使用——Multiboot功能的实现_朽月的博客-CSDN博客

        ICAP是管理内部配置访问端口的原语，于是我学习的第一个原语。对于原语的概念简而言之就是类似IP核的存在，是既成的电路结构，但是不需要通过IP窗格来调用。

 
// ICAP_SPARTAN6 : In order to incorporate this function into the design,
//    Verilog    : the following instance declaration needs to be placed
//   instance    : in the body of the design code.  The instance name
//  declaration  : (ICAP_SPARTAN6_inst) and/or the port declarations within the
//     code      : parenthesis may be changed to properly reference and
//               : connect this function to the design.  All inputs
//               : and outputs must be connected.
 
//  <-----Cut code below this line---->
 
   // ICAP_SPARTAN6: Internal Configuration Access Port
   //                Spartan-6
   // Xilinx HDL Language Template, version 14.7
 
   ICAP_SPARTAN6 #(
      .DEVICE_ID(0'h4000093),     // Specifies the pre-programmed Device ID value
      .SIM_CFG_FILE_NAME("NONE")  // Specifies the Raw Bitstream (RBT) file to be parsed by the simulation
                                  // model
   )
   ICAP_SPARTAN6_inst (
      .BUSY(BUSY),   // 1-bit output: Busy/Ready output
      .O(O),         // 16-bit output: Configuartion data output bus
      .CE(CE),       // 1-bit input: Active-Low ICAP Enable input
      .CLK(CLK),     // 1-bit input: Clock input
      .I(I),         // 16-bit input: Configuration data input bus
      .WRITE(WRITE)  // 1-bit input: Read/Write control input
   );
 
   // End of ICAP_SPARTAN6_inst instantiation

        对于ICAP我们需要关注的几点有：

        DEVICE_ID设备ID，这和核心芯片的型号有关，翻找UG380可以取得对应信息；

        I：环境配置输入，写个状态机按顺序输入即可。

        WRITE：读写控制信号。

        其余的都有注释，输出信号也不用太关心，CE是使能，肯定要使能的吧。

其中配置需求如下：

        FPGA上电时，自00_0000H地址加载BIOS程序，加载完成以后跳转自“自己设置的地址”。

*一般而言上电读取的便是BIOS程序，跳转地址则是产品工作的程序。

        上电BIOS程序需要具备对Flash的读写功能，以便对区域2的程序进行升级。

        若是均分地址，则跳转至01_0000H地址（Multboot start address）。

        若跳转不成功或读取BIN失败，则跳转至（Fallback start address）地址，如果设置为00_0000H也就是BIOS程序地址的话，类似于一次重启。

        Multboot start address：FPGA Flash配置完成后的跳转地址

        Fallback start address：读取BIN文件失败或跳转失败的时候的跳转地址。

        （结合我在网络升级与FLASH-CSDN博客）中的笔记：

        FPGA产品总是需要一个出厂程序的，也需要一个升级失败以后的选择，否则升级失败就没法继续升级，甚至变砖，岂不是非常不方便？Fallback start address便是提供了一个返回出厂程序或者重新进行升级的可能性。

        Fallback start address的具体填写需要仰仗Flash的容量决定，例如16MB的内存意味着2^4*2^20bit = 2^21byte=10_0000_0000_0000_0000_0000b=2_0_0_0_0_0h个地址，

        若是分为一半便是0~0_FFFFF和100000~1FFFFF两个区域。

        其中写入两个程序，则程序1的启动地址是00_0000，程序1的启动地址则是10_0000。

所以OPCODE+ADDR =

        （命令：例如读的0011B也就是03H）+（地址的高八位0000_0010B也就是01H）。

        0301 H = 0000_0010_0000_0001 B。

BIN文件和MCS文件

Xilinx Bit文件格式详解-腾讯云开发者社区-腾讯云 (tencent.com)

利用上位机程序结合已经通过JTAG烧入的BIT文件程序写进Flash中的是BIN文件。

整体Flash升级操作步骤：

        FPGA可以通过XILINX自带的工具烧写MCS到Flash里，也可以通过第三方软件烧写BIN进Flash里，当然XILINX工具也有这个功能，因为BIN是二进制文件，其内容是程序本身，而MCS文件则包含了其每一行在内存中的地址，HEX也包含了其的地址，所以在单片机中烧写的通常都是HEX文件，毕竟BIN文件没有包含的话就需要自行制定，依赖于工具支持。（烧写的时候也可以指定地址，工具一般会提供端口）。

        上电以后，如果我们需要通过工具向Flash里读写数据，首先我们需要通过JTAG的方式烧入Flash读写擦除程序，这是为FPGA提供一个能与第三方软件交互的桥梁。

        烧写完成，通过第三方软件将BIN文件烧入Flash中指定好的地址即可。

        这里为了模拟产品的运作，可以先行将“Flash读写擦除程序”的BIN格式烧入地址00_0000中，这样上电以后自动运作的便是这个“Flash读写擦除程序”，我们便可以通过串口的方式，将其他的程序通过这个程序来写入到Flash的其他地址，实现一个在线升级的工作。

        “Flash读写擦除程序”主要承担了一个什么角色呢？

        其需要能完成Flash操作的大部分必要指令，并且通过例化ICAP来完成一个地址跳转的操作。通过把这个程序的BIN烧入到FPGA内部，FPGA就能完成对Flash其他区域程序的更改等一系列功能了，断电以后也不会取消，并且通过这个程序，能够完成从这个Flash区域的程序到其他Flash区域的程序的一个切换，

        即“正常工作”情况下，FPGA会先加载这个程序在区域0，如果没有其他需求就跳转到正常工作的区域1，如果有其他需求就在满足要求的情况下对其他区域的程序进行修改，读失败或跳转失败就再跳回这个区域0，类似于把这个程序作为BIOS程序使用。

        上位机第三方软件又有什么用？

        为Flash读写擦除程序提供了一个写入地址，并且将本地的bin文件按照串口的方式发送；从而使Flash读写擦除程序能把这些数据写在合适的位置。

总结：网络升级需要：

        一个FLASH控制器，其需要完成FLASH读写擦除的功能，能够接收地址和数据包头，并且对指定的地址进行读写擦除。

        一个向FPGA发送相应指令和地址信息，并且把代码包打包发送的第三方程序。

        实际上，FLASH控制器会存储在FLASH中的地址1，通常是00_0000区域（根据FLASH的大小会有变化），在FPGA上电后，其会加载这部分程序，并且通过ICAP配置好的应用地址，跳转到作为产品的代码所存储的地址上，并且运行那部分代码。

        如果需要升级，则在满足FLASH控制器控制条件的情况下，通过其对指定的FLASH地址的数据进行读写擦除，第三方程序需要满足发送相应指令和地址信息，并且把代码包打包发送的功能，最好还要有读取FLASH信息，检查升级是否正确的功能。