icap对flash的在线升级-编程知识

文章目录

一、icap原语介绍（针对 S6 系列的 ICap），之后可以拓展到A7、K7当中去
二、程序1设计
- 2.1信号结构框图
- 2.2 icap_delay设计
- 2.3 icap_ctrl设计（可以当模板使用，之后修改关键参数即可）
三、程序2设计
四、下板操作

要求：设计区域 1 的程序，上电后自动加载此程序，此时开始计时如果 20 秒内没有检测到串口发送的擦除指令，那么我们启动 icap 跳转，跳转到区域 2 程序中。如果希望再次升级的话必须重新给板卡上电使得程序回到区域 1 中，并在20秒计时内通过fpga_update软件将新的应用程序更新到flash中，实现flash的在线升级。
在这里插入图片描述

设计思想：我们制作两个程序，第一个区域执行程序 1（包含flash_ctrl和icap）能实现flash控制和程序跳转功能，这个区域的程序是固定的不会被修改。第二个区域的程序 2 是我们用户设计的功能程序或者说产品程序（有更新需求的程序）。

一、icap原语介绍（针对 S6 系列的 ICap），之后可以拓展到A7、K7当中去

icap原语查找方式（ise软件）：

language template
在弹出的对话框中找到Internal Configuration Access Port。
icap 实例化原语

信号解释：

1、DEVICE_ID：不同芯片的DEVICE_ID不相同，在使用该原语时，要查找对应芯片的ID ；
2、SIM_CFG_FILE_NAME：仿真使用，默认即可。
3、BUSY：原语对应的忙信号
4、O：配置数据的输出
5、CE：原语的使能信号，低电平有效
6、CLK：原语的时钟信号
7、I：原语配置数据的输入信号，位宽为16bit需要按照步骤传输以下数据，
（其中 opcode 指的是器件 read 的命令（基于 spi 的 flash read 命令为 03h）

8、WRITE：读写原语的使能信号，低电平有效

需要注意的是：在我们传输这些配置数据时，需要将这些配置数据按照 byte 为单位，进行高低位互换，如下：
在这里插入图片描述

二、程序1设计

2.1信号结构框图

在这里插入图片描述

其中flash_ctrl模块之前已经实现：
这里介绍一下icap_delay 模块和 icap_ctrl模块（重点）

2.2 icap_delay设计

module icap_delay(input	wire 		sclk,input	wire 		rst,output	reg 		icap_flag,input	wire 		rx_flag,input	wire [7:0]	rx_data,output	wire 		led);parameter TIMER_END = 1000000000-1;
reg 	[31:0]	time_cnt;
reg				stop_flag;assign led = 1;// 接收到擦除指令的标志
always @(posedge sclk or posedge rst) beginif (rst == 1'b1) beginstop_flag <= 1'b0;endelse if (rx_flag== 1'b1 && rx_data == 8'hee) beginstop_flag <= 1'b1;end
end// 接收到擦除指令之前保持计数，接收到指令后停止计数(不是清0)
always @(posedge sclk or posedge rst) beginif (rst == 1'b1) begintime_cnt <= 'd0;endelse if (stop_flag == 1'b1) begintime_cnt <= time_cnt;endelse begintime_cnt <= time_cnt + 1'b1;end
end// icap执行跳转的标志，当计数超过20s后，执行icap完成跳转。
always @(posedge sclk or posedge rst) beginif (rst == 1'b1) beginicap_flag <= 1'b0;endelse if (time_cnt >= TIMER_END) beginicap_flag <= 1'b1;endelse beginicap_flag <= 1'b0;end
end
endmodule

2.3 icap_ctrl设计（可以当模板使用，之后修改关键参数即可）

上面介绍了icap执行的关键就是向icap中顺序输入数据，且数据需要按照字节进行高低位互换。
顺序执行采用状态机跳转的方式即可。
在这里插入图片描述

module	icap_ctrl( 
input	wire	sclk	,
input	wire	rst_n	,
input	wire	pi_flag	
);wire		clk	;
reg		c_en	;
reg		wr_en	;
reg[15:0]	i_data	;	
wire[15:0]	i_crop	;reg[15:0]	state	;//使用时每个byte高低位需要互换
parameter	DUM_WORD	=	16'hFFFF;//空闲字
parameter	SYNC_WORD1	=	16'hAA99;//同步字1
parameter	SYNC_WORD2	=	16'h5566;//同步字2
parameter	GEN_WORD1	=	16'h3261;//向General1写1个type1的字数据
parameter	LOW_ADDR	=	16'h0000;//低16位起始地址											-----------------根据flash实际划分的地址进行修改
parameter	GEN_WORD2	=	16'h3281;//向General2写1个type1的字数据
parameter	HIG_ADDR	=	16'h0310;//读操作码及高8位地址，操作码为0x03 read 0x0b fast Ready	-----------------根据flash实际划分的地址进行修改
parameter	GEN_WORD3	=	16'h32A1;//向General3写1个type1的字数据	
parameter	LOW_ADDR_BACK	=	16'h0000;//fallback起始低16位地址							    -----------------根据flash实际划分的地址进行修改
parameter	GEN_WORD4	=	16'h32C1;//向General4写1个type1的字数据	
parameter	HIG_ADDR_BACK	=	16'h0300;//读操作码及fallback高8位地址，操作码为0x03		    -----------------根据flash实际划分的地址进行修改
parameter	GEN_CMD_WORD	=	16'h30A1;//向CMD写1个type1的字数据	
parameter	IPROG_CMD	=	16'h000E;//IPROG命令
parameter	NOP_CMD		=	16'h2000;//空命令//状态
parameter	S_DUM_WORD	=	16'h0001;//空闲字
parameter	S_SYNC_WORD1	=	16'h0002;//同步字1
parameter	S_SYNC_WORD2	=	16'h0004;//同步字2
parameter	S_GEN_WORD1	=	16'h0008;//向General1写1个type1的字数据
parameter	S_LOW_ADDR	=	16'h0010;//低16位起始地址
parameter	S_GEN_WORD2	=	16'h0020;//向General2写1个type1的字数据
parameter	S_HIG_ADDR	=	16'h0040;//操作码及高8位地址，操作码为0x03 普通读 0x0b FAST read
parameter	S_GEN_WORD3	=	16'h0080;//向General3写1个type1的字数据	
parameter	S_LOW_ADDR_BACK	=	16'h0100;//fallback起始低16位地址
parameter	S_GEN_WORD4	=	16'h0200;//向General4写1个type1的字数据	
parameter	S_HIG_ADDR_BACK	=	16'h0400;//操作码及fallback高8位地址
parameter	S_GEN_CMD_WORD	=	16'h0800;//向CMD写1个type1的字数据	
parameter	S_IPROG_CMD	=	16'h1000;//IPROG命令
parameter	S_NOP_CMD1	=	16'h2000;//空命令
parameter	S_NOP_CMD2	=	16'h4000;//空命令
parameter	S_NOP_CMD3	=	16'h8000;//空命令always@(posedge	sclk	or	negedge	rst_n)if(rst_n==1'b0)	state	<=	S_DUM_WORD;else case(state)S_DUM_WORD:if(pi_flag==1'b1)state	<=	S_SYNC_WORD1;S_SYNC_WORD1:state	<=	S_SYNC_WORD2;S_SYNC_WORD2:state	<=	S_GEN_WORD1;S_GEN_WORD1:state	<=	S_LOW_ADDR;S_LOW_ADDR:state	<=	S_GEN_WORD2;S_GEN_WORD2:state	<=	S_HIG_ADDR;S_HIG_ADDR:state	<=	S_GEN_WORD3;S_GEN_WORD3:state	<=	S_LOW_ADDR_BACK;S_LOW_ADDR_BACK:state	<=	S_GEN_WORD4;S_GEN_WORD4:state	<=	S_HIG_ADDR_BACK;S_HIG_ADDR_BACK:state	<=	S_GEN_CMD_WORD;S_GEN_CMD_WORD:state	<=	S_IPROG_CMD;S_IPROG_CMD:state	<=	S_NOP_CMD1;S_NOP_CMD1:state	<=	S_NOP_CMD2;S_NOP_CMD2:state	<=	S_NOP_CMD3;S_NOP_CMD3:state	<=	S_DUM_WORD;default:state	<=	S_DUM_WORD;endcase//先拉低写使能，再拉低时钟使能
always@(posedge	sclk	or	negedge	rst_n)if(rst_n==1'b0)	c_en	<=	1'b1;else if(state==S_SYNC_WORD2)c_en	<=	1'b0;else if(state==S_DUM_WORD)c_en	<=	1'b1;//先拉低写使能，再拉低时钟使能
always@(posedge	sclk	or	negedge	rst_n)if(rst_n==1'b0)	wr_en	<=	1'b1;else if(state==S_SYNC_WORD1)wr_en	<=	1'b0;else if(state==S_DUM_WORD)wr_en	<=	1'b1;//发送控制字
always@(posedge	sclk	or	negedge	rst_n)if(rst_n==1'b0)	i_data	<=	DUM_WORD;else case(state)S_DUM_WORD:i_data	<=	DUM_WORD;S_SYNC_WORD1:i_data	<=	SYNC_WORD1;S_SYNC_WORD2:i_data	<=	SYNC_WORD2;    S_GEN_WORD1:                           i_data	<=	GEN_WORD1;     S_LOW_ADDR:                            i_data	<=	LOW_ADDR;      S_GEN_WORD2:                           i_data	<=	GEN_WORD2;     S_HIG_ADDR:                            i_data	<=	HIG_ADDR;      S_GEN_WORD3:                           i_data	<=	GEN_WORD3;     S_LOW_ADDR_BACK:                       i_data	<=	LOW_ADDR_BACK; S_GEN_WORD4:                           i_data	<=	GEN_WORD4;     S_HIG_ADDR_BACK:                       i_data	<=	HIG_ADDR_BACK; S_GEN_CMD_WORD:                        i_data	<=	GEN_CMD_WORD;  S_IPROG_CMD:                           i_data	<=	IPROG_CMD;     S_NOP_CMD1:                            i_data	<=	NOP_CMD;       S_NOP_CMD2:                            i_data	<=	NOP_CMD;       S_NOP_CMD3:                            i_data	<=	NOP_CMD;      default:i_data	<=	NOP_CMD;endcase//对输入的数据按字节为单位进行高低位互换	
assign	i_crop	=	{i_data[8],i_data[9],i_data[10],i_data[11],i_data[12],i_data[13],i_data[14],i_data[15],i_data[0],i_data[1],i_data[2],i_data[3],i_data[4],i_data[5],i_data[6],i_data[7]};//实例化icap原语		
ICAP_SPARTAN6 #(                                                                                          
.DEVICE_ID('h4001093),     //不同型号的芯片，ID号不同 x9 ID='h4001093
.SIM_CFG_FILE_NAME("NONE")  // Specifies the Raw Bitstream (RBT) file to be parsed by the simulationendmodule// model                                                                
)                                                                                                      
ICAP_SPARTAN6_inst (                                                                                   
.BUSY(BUSY),   // 1-bit output: Busy/Ready output                                                   
.O(O),         // 16-bit output: Configuartion data output bus                                      
.CE(c_en),       // 1-bit input: Active-Low ICAP Enable input                                         
.CLK(sclk),     // 1-bit input: Clock input                                                          
.I(i_crop),         // 16-bit input: Configuration data input bus                                        
.WRITE(wr_en)  // 1-bit input: Read/Write control input                                             
);  endmodule