特殊环境下FPGA 代码在线升级功能的实现

陈召全

（中航华东光电有限公司特种显示技术国家工程实验室，安徽芜湖 241002）

目前主流的FPGA 均是基于SRAM 编程的，当系统掉电后，编程信息全部丢失[1-2]。所以，需要在FPGA 的外围采用非易失性器件Flash、EEPROM 来存储代码，在系统上电的时候，将编程信息读入FPGA 内部，形成特定功能的电路。在FPGA 调试过程中可以采用JTAG 方式下载程序，系统调试完成，在产品出厂前需要下载配置代码到非易失性器件中。在产品联试或者使用中出现问题，或者用户功能升级时，都需要重新升级非易失性器件中的代码[3]。此时就需要打开产品的外壳，如果产品是作为部件安装在用户的系统中，就需要将用户的相关设备先拆除。这种操作还会带来一系列的问题，尤其是特种设备，其使用环境特殊，要么人员不能靠近，要么拆卸困难，要么保密的原因不能开箱。在这些情况下，就要通过在线的方式将代码烧写进非易失性器件，避免开箱操作。文中为了解决此问题，提出了一种FPGA 在线升级解决方案，同时考虑到加载过程中可能断电，或者其他原因引起加载中断。如果不加以保护的话，会导致原始数据丢失，FPGA 无法启动，就不得不开箱重新烧写，因此提出了双主程序分区的方法，能有效地解决这个问题，提升了可靠性。

1 在线升级系统组成及整体要求

文中在一款机载显示模块中实现FPGA 在线升级功能，以提升产品的维护性和可靠性。产品中采用Xilinx 的Artix-7 系列FPGA，采用主动SPI 方式对FPGA 进行配置，对应的SPI Flash 型号为N25Q064A。产品对外的通信方式为RS422[4-5]，通过此接口接收主机信号，进行亮度调节、信号参数调整、发送系统工作状态等信息。……