FPGA在应用编程技术的一种低成本实现

九江精密测试技术研究所 苏长青 贺 楠 李大琦 马晓天 蒋礼威

为解决产品发布后FPGA软件的更新维护问题，提出了一种FPGA在应用编程技术的实现方法。通过在FPGA中嵌入Nios II软核处理器，并为其扩展片上存储器、FLASH控制器与UART控制器等外设，构建出一个完整的片上系统，从而实现通过串口接收外部发送的FPGA配置程序文件，并将其写入FPGA配置芯片的功能，为FPGA的IAP技术提供了一种低成本的实现方式。该方案占用的FPGA资源很少，不需要增加专门的硬件电路，软件开发也非常简单，通用性很强，具有很好的实用性。

随着嵌入式技术的不断发展，产品更新换代越来越快，新产品发布周期不断缩短，产品发布后FPGA软件的更新维护成了一个必须解决的问题。产品返厂维护或者技术人员去用户现场维护将耗费大量的人力财力，因此必须寻找一种简单易行、成本低廉的程序更新方法。

传统的程序烧录技术为在系统编程技术ISP（In-System Programming），就是允许芯片不从印制电路板上取下，就可以简单而方便地对其进行编程，多用于产品开发阶段。目前市面上的FPGA芯片已经集成了ISP的功能，通常使用USB Blaster等专用仿真器通过JTAG接口烧录程序，该种方式需要使用芯片厂商提供的专用软件开发环境如Quartus II等，往往操作复杂，对维护人员的技术水平要求较高。

目前，在应用编程技术IAP（In-Application Programming）正变得越来越流行。该技术同样是在板级上进行编程，但是可以在程序运行过程中获取新程序并进行更新，典型的实现途径是在程序中包含一小段代码来完成程序烧录的功能，该种方式多用于产品维护中的软件升级、消除BUG等，操作简单，不需要产品返厂维护或技术人员去用户现场维护。……