系统中LATTICE FPGA在线升级方案.pdf

FPGA（现场可编程门阵列）是一种可以通过编程实现特定逻辑功能的集成电路。由于FPGA的可重配置性，其在需要快速原型设计或能够适应变化的算法的领域中变得非常有用。然而，FPGA的配置更新传统上需要专业的硬件工具，并且在一些应用场景中，例如现场使用或远程设备，更新配置变得相对困难。为了解决这个问题，可以使用微处理器动态配置FPGA，并实施在线升级方案。 在给定的文件中，提出了一个基于微处理器的FPGA在线升级方案，该方案使用Motorola公司的MPC8270微处理器对Lattice公司的FPGA LFE2M20E进行控制以实现在线升级。该方案的核心思想是将FPGA的升级配置文件（.bit文件）存放在微处理器的存储器中，然后通过微处理器的I/O口传输配置文件到FPGA中。FPGA配置过程使用了 Slave Serial 模式，意味着FPGA作为从属设备，由微处理器提供配置所需的时序和数据。 整个升级过程由以下几个步骤组成：将升级配置文件放入CPU内存、配置微处理器的I/O口、通过DI脚串行发送配置数据到FPGA内部，直至完成。在此过程中，FPGA的初始化状态和结束状态通过INITN和DONE信号进行监测，一旦配置成功，FPGA将使DONE信号变高，微处理器检测到这一信号变化后即认为升级完成。如果在配置过程中发生错误（如INITN信号持续为低电平超过预期时间），则需要结束升级过程并报错。 在硬件实现方面，需要将FPGA的8根信号线（CCLK、DI、DONE、INITN、PROGRAM、CFG0、CFG1、CFG2）分别连接到微处理器MPC8270的8个I/O口。在软件实现方面，通过编写程序实现下载配置文件、配置端口和读取数据，从而完成FPGA的升级。 利用这种在线升级方案，可以实现对FPGA的快速、方便的现场升级，从而减小系统体积，节约成本。同时，该方案能高效解决现场应用中对系统中FPGA进行升级的难题。此外，由于配置文件中已经包含了FPGA初始化的一些代码，因此FPGA在接收到升级后的配置文件后，能够立即开始正常工作。 这种方法的优点在于其简单性和高效性，但由于其依赖于特定的硬件（MPC8270微处理器）和软件的实现，因此在推广上可能会有一些局限性。另外，考虑到在线升级的可靠性和安全性，方案设计者需要确保升级过程能够在没有外部干预的条件下安全、可靠地完成，避免升级失败导致系统功能的丧失或损坏。 这种基于微处理器的FPGA在线升级方案为快速原型设计、现场升级和远程维护提供了新的可能性，使得FPGA的灵活性和可编程性得以更好地利用，并为复杂的系统设计提供了更多的便利性和可行性。