原理

關(guān)于Multiboot的原理參考《Xilinx 7系列FPGA Multiboot介紹-遠(yuǎn)程更新》，基本原理都在此文寫的很清楚，本文主要從實(shí)例出發(fā)演示Multiboot。

補(bǔ)充

FPGA SPI閃存配置接口

7系列FPGA和具有x1數(shù)據(jù)寬度的SPI閃存之間的基本連接。讀取和地址指令通過(guò)主輸出-從輸入（MOSI）引腳從FPGA發(fā)送到SPI閃存。數(shù)據(jù)通過(guò)主輸入從輸出（MISO）引腳從SPI閃存返回。SCK是時(shí)鐘引腳，SS是低電平從選擇引腳。

參考：UG470

Vivado工具流程（Multiboot大致流程）

為Multiboot程序準(zhǔn)備bit流

本節(jié)概述了為多引導(dǎo)應(yīng)用程序創(chuàng)建和更新比特流所需的比特流屬性。對(duì)于未指定的位流選項(xiàng)，請(qǐng)使用默認(rèn)設(shè)置。

表1概述了用于生成和更新具有每個(gè)屬性描述的位流的基本多引導(dǎo)位流屬性。有關(guān)這些屬性的詳細(xì)說(shuō)明，請(qǐng)參閱Vivado Design Suite用戶指南：編程和調(diào)試（UG908）。

具體含義如下：

啟用在配置嘗試失敗時(shí)加載默認(rèn)位流
使用下一個(gè)配置映像的啟動(dòng)地址設(shè)置熱啟動(dòng)啟動(dòng)啟動(dòng)地址（WBSTAR[28:0]位）寄存器
指定啟用FPGA位流文件壓縮
在Vivado中打開黃金設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)（Golden）的約束文件（.xdc）。將以下內(nèi)容復(fù)制粘貼到約束文件中，然后保存對(duì).xdc文件所做的更改：

set_propertyBITSTREAM.CONFIG.CONFIGFALLBACKENABLE[current_design]
set_propertyBITSTREAM.CONFIG.NEXT_CONFIG_ADDR0x0400000[current_design]
set_propertyBITSTREAM.GENERAL.COMPRESSTRUE[current_design]
set_propertyBITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH1[current_design]

上述不理解沒(méi)關(guān)系，后續(xù)實(shí)例會(huì)有使用教程。
接下來(lái)，可以在更新設(shè)計(jì)（將要更新的文件）中打開約束文件（.xdc），并將以下比特流屬性添加到約束文件中，然后保存：

set_propertyBITSTREAM.CONFIG.CONFIGFALLBACKENABLE[current_design]
set_propertyBITSTREAM.GENERAL.COMPRESSTRUE[current_design]
set_propertyBITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH1[current_design]

注:默認(rèn)情況下，SPI_BUS為x1，如果未使用默認(rèn)x1模式，請(qǐng)確保設(shè)置此屬性。

生成SPI閃存編程文件

具體查看《【Vivado那些事】Vivado兩種生成、固化燒錄文件》。

使用write_cfgmem Tcl命令創(chuàng)建閃存編程文件（.mcs）。

write_cfgmem獲取FPGA位流（.bit）并生成可用于編程SPI閃存的閃存文件（.mcs）。

例如，生成包含兩個(gè)FPGA位流（.bit文件）的閃存編程文件（.mcs）文件，如下所示：

write_cfgmem-formatmcs-interfaceSPIX1-size16-loadbit"up0/golden.bitup
0x0400000/update.bit"/filename.mcs

注:地址值0x0400000是參考設(shè)計(jì)中使用的示例。應(yīng)使用黃金圖像（更新圖像的起始地址）中設(shè)置的Addr A1值（見表1）。

請(qǐng)參閱Vivado Design Suite用戶指南：編程和調(diào)試（UG908或使用Vivado中的-help命令，以了解每個(gè)write_cfgmem命令選項(xiàng)的詳細(xì)說(shuō)明：

write_cfgmem -help

硬件驗(yàn)證

硬件驗(yàn)證其實(shí)很簡(jiǎn)單，我們分別建立兩個(gè)工程，兩個(gè)工程都是流水燈程序，分別從左到右和從右到左流水燈，這樣可以很清楚知道FPGA運(yùn)行了哪個(gè)程序。接下來(lái)破壞golden程序，按照上述制作MCS文件后運(yùn)行，看下運(yùn)行哪個(gè)程序。

建立工程

詳細(xì)的Verilog文件如下：

golden工程

moduleTop_MultiBoot_Module_A(
inputCLK,
outputreg[3:0]LED_Out
);


////////////////////////////////////////////

wireRESET;

assignRESET=1'b1;

////////////////////////////////////////////
//
//首先定義一個(gè)時(shí)間計(jì)數(shù)寄存器counter，每當(dāng)達(dá)到預(yù)定的100ms時(shí)，
//計(jì)數(shù)寄存器就清零，否則的話寄存器就加1??//然后計(jì)算計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的最大值。時(shí)鐘頻率為12MHZ??//也就是周期為1/12M ??3ns，要計(jì)數(shù)的最大值為T100MS= 100ms/83ns-1 = 120_4818??//

reg[31:0]counter;
parameterT100MS=25'd920_4818;

always@(posedgeCLK)

if(counter==T100MS)

counter<=25'd0;

else

counter<=counter+1'b1;
////////////////////////////////////////////
always@(posedgeCLKornegedgeRESET)
if(!RESET)
LED_Out<=4'b0001;//初值，最低位led[0]燈亮
elseif(counter==T100MS)
begin
if(LED_Out==4'b0000)//當(dāng)溢出最高位時(shí)
LED_Out<=4'b0001;//回到復(fù)位時(shí)的狀態(tài)
else
LED_Out<=LED_Out<<1;?????//循環(huán)左移一位?
?end

endmodule?//?Run_LED

update工程

moduleTop_MultiBoot_Module_B(
inputCLK,
outputreg[3:0]LED_Out
);


////////////////////////////////////////////


wireRESET;

assignRESET=1'b1;


////////////////////////////////////////////
//
//首先定義一個(gè)時(shí)間計(jì)數(shù)寄存器counter，每當(dāng)達(dá)到預(yù)定的100ms時(shí)，
//計(jì)數(shù)寄存器就清零，否則的話寄存器就加1??//然后計(jì)算計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的最大值。時(shí)鐘頻率為12MHZ??//也就是周期為1/12M ??3ns，要計(jì)數(shù)的最大值為T100MS= 100ms/83ns-1 = 120_4818??//

reg[31:0]counter;
parameterT100MS=25'd920_4818;

always@(posedgeCLK)

if(counter==T100MS)

counter<=25'd0;

else

counter<=counter+1'b1;
////////////////////////////////////////////
always@(posedgeCLKornegedgeRESET)
if(!RESET)
LED_Out<=4'b0001;//初值，最低位led[0]燈亮
elseif(counter==T100MS)
begin
if(LED_Out==4'b0000)//當(dāng)溢出最高位時(shí)
LED_Out<=4'b0001;//回到復(fù)位時(shí)的狀態(tài)
else
LED_Out<=LED_Out<<1;?????//循環(huán)左移一位?
?end

endmodule?//?Run_LED

兩個(gè)工程基本一樣，流水的操作是在約束里實(shí)現(xiàn)的。

golden工程約束

#CLOCKS
#SYSCLK
set_propertyIOSTANDARDLVCMOS18[get_portsCLK]
set_propertyPACKAGE_PIND27[get_portsCLK]

#GPIOLEDs
#set_propertyPACKAGE_PINAB8[get_portsLED_REVXX[7]]
#set_propertyIOSTANDARDLVCMOS15[get_portsLED_REVXX[7]]
#set_propertyPACKAGE_PINAA8[get_portsLED_REVXX[6]]
#set_propertyIOSTANDARDLVCMOS15[get_portsLED_REVXX[6]]
#set_propertyPACKAGE_PINAC9[get_portsLED_REVXX[5]]
#set_propertyIOSTANDARDLVCMOS15[get_portsLED_REVXX[5]]
#set_propertyPACKAGE_PINAB9[get_portsLED_REVXX[4]]
#set_propertyIOSTANDARDLVCMOS15[get_portsLED_REVXX[4]]

#set_propertyPACKAGE_PINAE26[get_portsLED_Out[3]]
#set_propertyIOSTANDARDLVCMOS33[get_portsLED_Out[3]]
set_propertyPACKAGE_PINT21[get_portsLED_Out[2]]
set_propertyIOSTANDARDLVCMOS33[get_portsLED_Out[2]]
set_propertyPACKAGE_PINT20[get_portsLED_Out[1]]
set_propertyIOSTANDARDLVCMOS33[get_portsLED_Out[1]]
set_propertyPACKAGE_PINR24[get_portsLED_Out[0]]
set_propertyIOSTANDARDLVCMOS33[get_portsLED_Out[0]]

#CFGBVSandSPImodeproperties

set_propertyCFGBVSVCCO[current_design]
set_propertyCONFIG_VOLTAGE2.5[current_design]
set_propertyCONFIG_MODESPIX1[current_design]

#Compressthebitstreamtofiton128MQSPIoftheK7
set_propertyBITSTREAM.GENERAL.COMPRESSTRUE[current_design]

#BITSTREAMPROPERTIESREQUIREDFORGOLDENIMAGE:
set_propertyBITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH1[current_design]
set_propertyBITSTREAM.CONFIG.CONFIGFALLBACKENABLE[current_design]
set_propertyBITSTREAM.CONFIG.NEXT_CONFIG_ADDR0x0400000[current_design]

#(IftheSPIflashisequaltoorgreaterthan256Mb,uncommenttheconstraintbelow):
#set_propertyBITSTREAM.CONFIG.SPI_32BIT_ADDRYES[current_design]

這里解釋一下，前面物理約束不重要，因?yàn)椤案F”，我的板子只有3顆LED，所以只進(jìn)行了三個(gè)物理約束。

CFGBVS and SPI mode properties及Compress the bitstream to fit on 128M QSPI of the K7、BITSTREAM PROPERTIES REQUIRED FOR GOLDEN IMAGE是重點(diǎn)約束的對(duì)象，具體解釋看下表一。

set_propertyBITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH1[current_design]
set_propertyBITSTREAM.CONFIG.CONFIGFALLBACKENABLE[current_design]
set_propertyBITSTREAM.CONFIG.NEXT_CONFIG_ADDR0x0400000[current_design]

這三個(gè)約束是和UPDATE工程有關(guān)，一個(gè)是SPI的BUSWIDTH，一個(gè)是否開啟CONFIGFALLBACK，最后一個(gè)是地址，這是非常重要的。

接下來(lái)是update工程的約束文件

#CLOCKS
#SYSCLK
set_propertyIOSTANDARDLVCMOS18[get_portsCLK]
set_propertyPACKAGE_PIND27[get_portsCLK]

#GPIOLEDs
#set_propertyPACKAGE_PINAB8[get_portsLED_REVXX[7]]
#set_propertyIOSTANDARDLVCMOS15[get_portsLED_REVXX[7]]
#set_propertyPACKAGE_PINAA8[get_portsLED_REVXX[6]]
#set_propertyIOSTANDARDLVCMOS15[get_portsLED_REVXX[6]]
#set_propertyPACKAGE_PINAC9[get_portsLED_REVXX[5]]
#set_propertyIOSTANDARDLVCMOS15[get_portsLED_REVXX[5]]
#set_propertyPACKAGE_PINAB9[get_portsLED_REVXX[4]]
#set_propertyIOSTANDARDLVCMOS15[get_portsLED_REVXX[4]]

#set_propertyPACKAGE_PINAE26[get_portsLED_Out[3]]
#set_propertyIOSTANDARDLVCMOS33[get_portsLED_Out[3]]
set_propertyPACKAGE_PINR24[get_portsLED_Out[2]]
set_propertyIOSTANDARDLVCMOS33[get_portsLED_Out[2]]
set_propertyPACKAGE_PINT20[get_portsLED_Out[1]]
set_propertyIOSTANDARDLVCMOS33[get_portsLED_Out[1]]
set_propertyPACKAGE_PINT21[get_portsLED_Out[0]]
set_propertyIOSTANDARDLVCMOS33[get_portsLED_Out[0]]

#CFGBVSandSPImodeproperties

set_propertyCFGBVSVCCO[current_design]
set_propertyCONFIG_VOLTAGE2.5[current_design]
set_propertyCONFIG_MODESPIX1[current_design]

#Compressthebitstream
set_propertyBITSTREAM.GENERAL.COMPRESSTRUE[current_design]

#BITSTREAMPROPERTIESREQUIREDFORGOLDENIMAGE:
set_propertyBITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH1[current_design]
set_propertyBITSTREAM.CONFIG.CONFIGFALLBACKENABLE[current_design]

#(IftheSPIflashisequaltoorgreaterthan256Mb,uncommenttheconstraintbelow):
#set_propertyBITSTREAM.CONFIG.SPI_32BIT_ADDRYES[current_design]

物理約束同樣不重要，重要的還是下面的和multiboot相關(guān)的約束，具體解釋和上面一樣。

生成Bit流并運(yùn)行

上述兩個(gè)工程分別生成Bit流并運(yùn)行，查看兩個(gè)流水燈是否是兩個(gè)不同方向的。

合成MCS文件并運(yùn)行

將兩個(gè)BIT流文件合成一個(gè)MCS文件，命令如下：

write_cfgmem-formatmcs-interfaceSPIX1-size16-loadbit"up0/golden.bitup
0x0400000/update.bit"/filename.mcs

兩個(gè)bit流文件位置；

filename: mcs文件名稱。

將上訴mcs文件下載到FPGA開發(fā)板上，可以看見update工程文件運(yùn)行。

破壞Golden文件

回退到Golden可以通過(guò)不同的方式觸發(fā)。主要有以下幾種方式：

ID Code錯(cuò)誤

CRC錯(cuò)誤

Watchdog超時(shí)

BPI地址越界

有關(guān)更多信息，請(qǐng)參閱UG470中的重新配置和多引導(dǎo)章節(jié)。

本應(yīng)用說(shuō)明演示了由CRC錯(cuò)誤觸發(fā)的回退。可以手動(dòng)損壞更新位流以導(dǎo)致CRC錯(cuò)誤。在RESET CRC命令和CRC命令之間有許多可以翻轉(zhuǎn)位的位置。下圖顯示了一個(gè)示例。

1.使用十六進(jìn)制編輯器（HxD Hex Editor）中打開更新（update）比特流（.bit），在比特流中間翻轉(zhuǎn)一些數(shù)據(jù)字節(jié)，例如從00到11，如圖所示。

為了保證破壞徹底，可以多更改幾處。

保存損壞的更新位流，并使用此損壞的位流生成新的閃存編程文件（.mcs）。

write_cfgmem-formatmcs-interfaceSPIX1-size16-loadbit"up0/golden.bitup
0x0400000/update.bit"/filename.mcs

3.重新下載文件

觀察是Golden還是update文件運(yùn)行，同理可以將上訴命令修改，將golden和update更換一下mcs文件位置，對(duì)比測(cè)試，上訴兩個(gè)情況本人都有親自測(cè)試過(guò)，都是golden文件運(yùn)行，證明multiboot已經(jīng)生效。

編輯：jq

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