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Xilinx FPGA 重构Multiboot ICAPE2和ICAPE3使用

news 来源：原创 2025/6/8 7:10:10

一、FPGA Multiboot

本文主要介绍基于IPROG命令的FPGA多版本重构，用ICAP原语实现在线多版本切换。需要了解MultiBoot Fallback点击链接。

如下图所示，ICAP原语可实现flash中n+1各版本的动态切换，在工作过程中，可以通过IPROG命令切换到其他任意版本所在地址运行。
在这里插入图片描述

二、ICAPE2

参考Xilinx ug470，ICAPE2原语如下：

   ICAPE2 #(.DEVICE_ID(32'h3651093),     // Specifies the pre-programmed Device ID value to be used for simulation// purposes..ICAP_WIDTH("X32"),         // Specifies the input and output data width..SIM_CFG_FILE_NAME("NONE")  // Specifies the Raw Bitstream (RBT) file to be parsed by the simulation// model.)ICAPE2_inst (.O(O),         // 32-bit output: Configuration data output bus.CLK(CLK),     // 1-bit input: Clock Input.CSIB(CSIB),   // 1-bit input: Active-Low ICAP Enable.I(I),         // 32-bit input: Configuration data input bus.RDWRB(RDWRB)  // 1-bit input: Read/Write Select input);

DEVICE_ID：需要和芯片ID匹配，可以在ug470查询，也可以用过JTAG获取

各引脚定义如下：
O：回读的config数据
CLK：操作时钟
CSIB：使能端，低有效
I：输入的配置数据
RDWRB：读写控制端，1-读，0-写

ICPE实现multiboot的配置流程如下，在使能后，以此每个时钟输入以下命令，其中Warm Boot Start Address为需要跳转的地址
在这里插入图片描述

需要注意的是，输入的配置数据字节内需进行bit swap，例如：

三、ICAPE3

参考Xilinx ug570，ICAPE3如下：

   ICAPE3 #(.DEVICE_ID(32'h03628093),     // Specifies the pre-programmed Device ID value to be used for simulation// purposes..ICAP_AUTO_SWITCH("DISABLE"), // Enable switch ICAP using sync word..SIM_CFG_FILE_NAME("NONE")    // Specifies the Raw Bitstream (RBT) file to be parsed by the simulation// model.)ICAPE3_inst (.AVAIL(AVAIL),     // 1-bit output: Availability status of ICAP..O(O),             // 32-bit output: Configuration data output bus..PRDONE(PRDONE),   // 1-bit output: Indicates completion of Partial Reconfiguration..PRERROR(PRERROR), // 1-bit output: Indicates error during Partial Reconfiguration..CLK(CLK),         // 1-bit input: Clock input..CSIB(CSIB),       // 1-bit input: Active-Low ICAP enable..I(I),             // 32-bit input: Configuration data input bus..RDWRB(RDWRB)      // 1-bit input: Read/Write Select input.);

DEVICE_ID：需要和芯片ID匹配，可以在ug470查询，也可以用过JTAG获取

各引脚定义如下：
AVAIL：回读有效标志
PRDONE：重购完成标志
PRERROR：重构失败标志
O：回读的config数据
CLK：操作时钟
CSIB：使能端，低有效
I：输入的配置数据
RDWRB：读写控制端，1-读，0-写

ICPE实现multiboot的配置流程如下，在使能后，以此每个时钟输入以下命令，其中Warm Boot Start Address为需要跳转的地址
在这里插入图片描述
在BPI重构是，配置地址有所区别，需增加一个RS控制。

与ICAPE2相同，ICAPE3输入的配置数据字节内需进行bit swap。

三、ICAPE3例程

下面基于ICAPE3，设计了4个image重构例程。
1、输入输出
采用一个25MHz时钟，输出LED用于判断是那个image，同时可以通过VIO判断image

module Multiboot_top(
//---------------------------全局信号---------------------------------------------	input	i_FPGA_GCLK25M                    , //		板载晶振输出output reg	o_FPGA_TEST_LED                
);

2、image配置及状态
(1)通过一个VIO配置不同image的跳转，跳转地址32bit，跳转使能触发状态机进行跳转，同时可用过VIO观测不同的image
(2)通过条件编译例化4个综合实现选项，输出4个bit
在这里插入图片描述
(3)通过LED的闪烁次数观察不同的image

`ifdef B2  
localparam IMAGE_NUM = 2'd1;
`elsif B3  
localparam IMAGE_NUM = 2'd2;
`elsif B4  
localparam IMAGE_NUM = 2'd3;
`else      
localparam IMAGE_NUM = 2'd0;
`endif
localparam CLK_CNT_MAX = 32'd6250000;
//------------------led image --------------
reg [31:0] clk_cnt;
reg [2:0]  led_num;
always @(posedge i_FPGA_GCLK25M) beginif(clk_cnt == CLK_CNT_MAX) beginclk_cnt <= 32'd0;led_num <= led_num + 1'b1;endelse clk_cnt <= clk_cnt + 1'b1;
end
//1S内闪烁IMAGE_NUM+1次，停1S，依次循环
always @(posedge i_FPGA_GCLK25M) beginif(clk_cnt <= CLK_CNT_MAX/2 && led_num <= IMAGE_NUM) o_FPGA_TEST_LED <= 1'b1;else o_FPGA_TEST_LED <= 1'b0;
end
//------------------vio image --------------
wire        reboot_valid;
wire [31:0] reboot_addr;
vio_0 vio_image (.clk(i_FPGA_GCLK25M),                // input wire clk.probe_in0(IMAGE_NUM),    // input wire [1 : 0] probe_in0.probe_out0(reboot_valid),  // output wire [0 : 0] probe_out0.probe_out1(reboot_addr)  // output wire [31 : 0] probe_out1
);

3、ICAPE3实现IPROG重构

//------------------image exchange--------------
wire			ICAPE_CLK;
wire	[31:0]	ICAPE_O;
reg				ICAPE_CSIB;
wire	[31:0]	ICAPE_I;
reg				ICAPE_RDWRB;localparam	[31:0]	Dummy		= 32'hFFFFFFFF;
localparam	[31:0]	SYNC_WORD	= 32'hAA995566;
localparam	[31:0]	NOOP		= 32'h20000000;
localparam	[31:0]	WR_WBSTAR	= 32'h30020001;
localparam	[31:0]	WR_CMD		= 32'h30008001;
localparam	[31:0]	IPROG		= 32'h0000000F;ICAPE3 #(.DEVICE_ID(32'h04AC2093),     // Specifies the pre-programmed Device ID value to be used for simulation// purposes..ICAP_AUTO_SWITCH("DISABLE"), // Enable switch ICAP using sync word..SIM_CFG_FILE_NAME("NONE")    // Specifies the Raw Bitstream (RBT) file to be parsed by the simulation// model.)ICAPE3_multiboot (.AVAIL   (AVAIL       ),    // 1-bit output: Availability status of ICAP..O       (ICAPE_O     ),    // 32-bit output: Configuration data output bus..PRDONE  (            ),    // 1-bit output: Indicates completion of Partial Reconfiguration..PRERROR (            ),    // 1-bit output: Indicates error during Partial Reconfiguration..CLK     (ICAPE_CLK   ),    // 1-bit input: Clock input..CSIB    (ICAPE_CSIB  ),    // 1-bit input: Active-Low ICAP enable..I       (ICAPE_I     ),    // 32-bit input: Configuration data input bus..RDWRB   (ICAPE_RDWRB )     // 1-bit input: Read/Write Select input.);
assign ICAPE_CLK = i_FPGA_GCLK25M;wire	[31:0]	WBSTAR		;
assign  WBSTAR = reboot_addr;//ICAPE位翻转
reg		[31:0]	wrdat;
assign	ICAPE_I	= {wrdat[24], wrdat[25], wrdat[26], wrdat[27], wrdat[28], wrdat[29], wrdat[30], wrdat[31], wrdat[16], wrdat[17], wrdat[18], wrdat[19], wrdat[20], wrdat[21], wrdat[22], wrdat[23], wrdat[8], wrdat[9], wrdat[10], wrdat[11], wrdat[12], wrdat[13], wrdat[14], wrdat[15], wrdat[0], wrdat[1], wrdat[2], wrdat[3], wrdat[4], wrdat[5], wrdat[6], wrdat[7]};reg	[1:0]	reboot_valid_r;
reg [3:0]   send_cmd_cnt  = 4'hf;always @(posedge i_FPGA_GCLK25M) reboot_valid_r	= {reboot_valid_r[0], reboot_valid};
always @(posedge i_FPGA_GCLK25M) beginif(reboot_valid_r == 2'b01) send_cmd_cnt	<= 4'd0;else if(send_cmd_cnt != 4'hf) send_cmd_cnt	<= send_cmd_cnt + 1'b1; 	
endalways @(posedge i_FPGA_GCLK25M) begincase(send_cmd_cnt)4'd0: begin   //DUMMYwrdat			<= Dummy;ICAPE_CSIB		<= 1'b0;ICAPE_RDWRB	    <= 1'b0;end4'd1: begin   //SYN_WORDwrdat			<= SYNC_WORD;ICAPE_CSIB		<= 1'b0;ICAPE_RDWRB	    <= 1'b0;end4'd2: begin   //NOOP1wrdat			<= NOOP;ICAPE_CSIB		<= 1'b0;ICAPE_RDWRB	    <= 1'b0;end4'd3: begin   //WR_WBSTARwrdat			<= WR_WBSTAR;ICAPE_CSIB		<= 1'b0;ICAPE_RDWRB	    <= 1'b0;end4'd4: begin   //WBSTARwrdat			<= WBSTAR;ICAPE_CSIB		<= 1'b0;ICAPE_RDWRB	    <= 1'b0;end4'd5: begin   //WR_CMDwrdat			<= WR_CMD;ICAPE_CSIB		<= 1'b0;ICAPE_RDWRB	    <= 1'b0;end4'd6: begin   //IPROGwrdat			<= IPROG;ICAPE_CSIB		<= 1'b0;ICAPE_RDWRB	    <= 1'b0;end4'd7: begin   //NOOP2wrdat			<= NOOP;ICAPE_CSIB		<= 1'b0;ICAPE_RDWRB	    <= 1'b0;end4'd8: begin   //STOPwrdat			<= 32'd0;ICAPE_CSIB		<= 1'b1;ICAPE_RDWRB	    <= 1'b1;enddefault: beginwrdat			<= 32'd0;ICAPE_CSIB		<= 1'b1;ICAPE_RDWRB	    <= 1'b1;endendcase
end

4、mcs文件生成
如下图所示设置地址和bit，生成mcs并烧写flash
在这里插入图片描述
5、mcs烧写及切换
mcs烧写完成后，通过VIO配置相应启动地址，产生使能完成重加载，VIO配置加载后观察IMAGE ID如下：
（1）addr=0

（2）addr=0x00200000

（3）addr=0x00400000

（4）addr=0x00600000

参考工程请点击
链接：https://download.csdn.net/download/u014035968/90962933