Last revised by LE LE in 2021 通过MCU实现AlteraFPGA在线升级 通过MCU实现AlteraFPGA在线升级 一．问题背景 在实际工程应用中，我们时常会遇到为解决某个SH载入到FPGA芯片中。AlteraFPGA常用FLASH芯片为EPCS1和EPCS4，这两个FLASH芯片除了容量不一样，其他方面几乎完全相同，在引脚上也完全兼容。 图2FPGAAS模式烧写硬件连接图 图2所示为FPGA用JTAG在AS模式下烧写程序文件的硬件连接图。我们需要用MCU模拟AS模式的硬件操作方式，通过XModem协议，将FPGA代码文件传输到FLASH中。AS模式烧写FPGA时，与7个信号相关，其中DATA、DCLK、nCS、ASDI是FLASH的四个SPI信号，分别代表FLASH的数据输出、读写时钟、片选、数据输入。MCU也需要通过这四个引脚，将数据传输到FLASH中去。另外三个信号CONF_DONE、nCONFIG、nCE分别是烧写FLASH时，需对FPGA进行控制的三个信号。 nCE为FPGA的芯片使能信号，nCONFIG为低电平时复位FPGA的信号，CONF_DONE为FLASH载入到FPGA完成信号。在AS烧写模式，nCONFIG=0，FPGA复位，nCE=1，使FPGA芯片不被选中，CONF_DONE=0，下载开始；下载结束时，nCONFIG=1，nCE=0，进入代码由FLASH到FPGA的载入过程，当载入完毕后，CONF_DONE=1。 在对FLASH读写时，需要注意的是，EPCS1/EPCS4区别于一般的FLASH，有其自身对应的操作码，不同的操作码代表对FLASH进行不同的操作。如表1所示，有写使能、写禁止、读芯片状态、读字节、读芯片ID、写芯片状态、写字节、擦除整片、擦除片区这几个操作码。对EPCS1/EPCS4进行任何操作，都需在片选变低后，首先写入对应的操作码，然后是地址和数据。此外，在写字节、写状态、片区擦除、整片擦除之前必须要先进行写使能操作。上电、写字节、写状态、片区擦除、整片擦除完成后需要进行写禁止操作。 表1EPCS1/EPCS4操作码 四．MCU中的软件实现 软件流程 在MCU软件实现FPGA在线升级的过程中，除了对FLASH的读写，最主要的部分是通过模拟XModem协议，将文件传输到FLASH中。整个传输过程需同时遵循XModem传输逻辑以及EPCS1/EPCS4的读写规则。软件流程如图3所示： 图3MCU模拟XModem协议流程图 *.pof到*.bin文件的转换 FPGA通过编译软件QuartusⅡ生成的烧写文件为*.pof文件，由于这个文件的末尾有大量的全“FF”，并无实际的代码含义，且*.pof文件没有*.bin文件兼容的烧写工具多。为了节约文件传输时间，我们将*.pof文件中无用代码去掉，并保存为*.bin文件。具体方法如下：（1）将*.pof文件用UltraEdit编译软件打开，如图4所示，在QuartusⅡ生成的*.pof烧写文件中，最前面一段是Quartus的版本等与代码无关的信息，可将图4中红色方框部分删除，直到第一行全‘FF’开始之前，将第一行全‘FF’为代码的起始行。 图4*.pof烧写文件起始 （2）如图5所示
