借助NOR Flash实现UltraScale FPGA后配置解决方案
作者：kenshin
nor flash是一种非易失性存储器件，与其相似的还有nand flash，但是nor flash具有类似sram的并行接口，有足够的地址引脚来寻址，读数据的速度更快，因此多用于微控制器启动配置外部存储器件，即代码存储介质，而nand flash则使用复杂的i/o口来串行存取数据，内部结构具有极高的单元密度，数据写入速度更快，多应用于大容量数据存储方面。因此nor flash占据了大部分容量为1~16mb闪存市场，而nand flash大多常见于8~128mb的产品中。今天这里向大家介绍一种基于nor flash实现ultrascale fpga后配置（post-configuration）的解决方案。
ultrascale fpga器件内部没有继承存储模块，因此需要借助外部nor flash来实现fpga配置文件的加载。在这个设计中需要在fpga内实例化一个microblaze处理器内核，并且借助axi emc控制器ip、startupe3 primitive模块与外部nor flash存储器件建立bpi（byte peripheral interface，高速并行配置方式）通信接口连接，具体系统设计如下图所示：
图1 基于nor flash的fpga后配置（post-configuration）参考设计
具体操作流程如下：
1. 采用bpi配置模式从nor flash加载初始化镜像文件（golden.bin）,这个数据流镜像会在fpga器件内初始化startupe3 primitive模块、接口逻辑、ip核资源以及管脚约束配置。经过这样的初始化操作我们就能够对nor flash的未使用空间进行读写操作。
2. 在microblaze处理器端运行program程序，即通过串口xmodem协议下载后配置镜像文件（update.bin）,每个1024字节数据包都经过crc校验后写入到nor flash。
3. 执行iprog操作就可以加载更新后的数据流镜像实现fpga的重配置，即初始的golden.bin被update.bin所替换。（iprog指令的作用是对fpga芯片进行复位操作,该复位操作对fpga内部的应用程序进行复位,复位过程中除专用配置管脚和jtag管脚,其他输入/输出管脚均为高阻态）。
图2 串口操作指令
为什么要采用这种方法呢？因为初始化配置操作完成后bpi配置接口会保持为空闲状态，而且nor flash也有很多未使用的存储空间，可以用来存储额外的配置镜像或者应用数据，在一定程度上降低了存储器件成本，精简了办卡设计和尺寸。除此之外，该种配置方法还可以使用与virtex-5和kintex-7系列fpga器件。
具体参考设计指南：
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图2 串口操作指令
为什么要采用这种方法呢？因为初始化配置操作完成后bpi配置接口会保持为空闲状态，而且nor flash也有很多未使用的存储空间，可以用来存储额外的配置镜像或者应用数据，在一定程度上降低了存储器件成本，精简了办卡设计和尺寸。除此之外，该种配置方法还可以使用与virtex-5和kintex-7系列fpga器件。
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