学习笔记之Ultruscale系列FPGA如何操作配置Flash.docx

在Ultrascale系列FPGA中，Flash的配置和操作是一项关键任务，这对于系统的启动和固件更新至关重要。本文将详细解析如何在这些器件中进行Flash的配置。 了解Ultrascale系列FPGA的启动机制。在该系列中，SPI（Serial Peripheral Interface）和BPI（Byte Parallel Interface）启动模式均可用。SPI启动的数据线位于bank0，而BPI启动的数据线DQ0-DQ3同样位于bank0，这部分区域被视为FPGA的特殊分区。在选择SPI或BPI启动后，可以利用Flash的剩余空间存储其他数据或进行远程固件更新。 Xilinx提供了针对VCU108开发板的技术实现，它使用MicroBlaze软核连接到AXI外部存储器控制器（AXIEMC），并通过STARTUPE3原语通过专用BPI配置接口实现对BPI Flash的读写访问。实现流程大致分为两步：使用存储在BPI Flash中的BIN文件配置FPGA；然后，在MicroBlaze上运行应用程序，通过Xmodem协议下载新比特流，并通过CRC校验更新BPI Flash，最后执行IPROG操作以重新配置FPGA。 在系统设计中，时钟拓扑起着核心作用。外部300MHz差分时钟经过MMCM分频，生成100MHz和50MHz时钟。50MHz时钟用于AXI EMC、处理器系统复位和axi_hwicap模块，100MHz时钟则服务于AXI外设互连和其他外设。AXI EMC使用50MHz时钟，通过STARTUPE3原语与BPI Flash通信，确保时钟同步。 AXI EMC内核的设置是关键。地址线被截断至26位，匹配Flash的A[25:0]，数据线分为两部分，一部分通过STARTUPE3原语与BPI Flash接口相连，另一部分通过顶层设计中的三态IOBUF连接到FPGA的双用途I/O引脚。此外，芯片使能信号、读写使能信号等都通过STARTUPE3或直接传输到FPGA引脚，以驱动BPI Flash。 MMCM产生的50MHz时钟信号通过STARTUPE3的USRCCLKO端口传递给FPGA的专用CCLK引脚，再传输给BPI Flash的CLK引脚。对于从设计逻辑传输到USRCCLKO引脚的信号，需要特定的引脚约束和时序约束处理。 总结来说，Ultrascale系列FPGA的Flash配置涉及SPI和BPI启动方式的选择，使用STARTUPE3原语和AXI EMC内核进行读写操作，时钟管理和信号路由至关重要。通过MicroBlaze和Xmodem协议，可以实现固件的动态更新和系统维护，确保了系统的灵活性和可靠性。理解并掌握这些知识点对于进行Ultrascale系列FPGA的开发和应用至关重要。