如今，隨著FPGA工藝的進步，效能提升和成本縮減均得到極大的改善，這使得FPGA晶片的使用越來越廣泛。因此為了達到降低系統維護和升級的成本，通常我們都會通過網路傳送最新的下載檔案，讓使用者在現場直接將檔案下載到FPGA中進行遠端的升級處理。然而，一旦下載檔案是錯的，那麼系統輕則功能出錯，重則直接宕機不工作。為了防止這種情況發生給使用者帶來重大影響或者損失，Xilinx提供了FPGA的多重配置操作功能。

1.何為多重配置

FPGA多重配置允許動態進行多個下載檔案之間的切換，當引導配置過程中檢測到出錯時，FPGA會觸發一個回退標誌確保一個已知的好的檔案可以被載入進來。具體如下圖所示：

簡而言之，就是你的.mcs檔案裡包含有兩個或更多的下載檔案，然後地址0的位置開始存放一個可用的下載檔案（多數是升級前那個舊的檔案），後面的地址（ADDR_1）存放你將要更新的檔案。當下載時，FPGA會先從ADDR_1讀取更新的檔案，若這個過程發生錯誤的話就會回到地址0，讀取之前的檔案，確保裝置仍能正常工作。

2.多重配置的使用

Xilinx的多重配置功能除了更新檔案外，也可以進行多工的切換排程處理。基於這個功能，只要Flash夠大，是可以存放好多個下載檔案的。當遇到FPGA資源較小，且多個功能之間是獨立不干擾的話，有時候可以通過外部控制，在需要不同功能時，進行檔案切換下載。

比如一個裝置需要做到ABCD四個功能，且ABCD各自應用於不同場合，之間沒有資料往來，互不干擾。如果這時FPGA的資源只能夠實現ABCD中的一種功能或者兩種，那麼我們就可以做出四個不同的bit檔案分別實現ABCD四種功能併合併成一個.mcs檔案下載到Flash中。當在需要A功能的場合，我們可以使用按鍵或者上位機進行配置，讓FPGA載入A功能的下載檔案，實現A功能。同理，在只需要BCD的場合也是這樣，如此可以大大節省FPGA的資源。

3.多重配置的流程

FPGA內部有一個ICAP核，可對程式載入進行預配置，預配置處理可在.v程式碼中處理並隨之生成.bit檔案。如果不在程式碼處理，則為預設配置。Xilinx FPGA的多重配置流程如下圖所示，具體可參考官方文件 " xapp1247 " 。

其中可用檔案存放在起始地址為0處；更新檔案存放在起始地址為A1處。

• 上電後，FPGA會進入Flash的0地址，檢測配置暫存器中的WBSTAR和IPROG指令(.v裡進行配置)。

• 如果WBSTAR地址指向A1，且IPROG的指令正確，FPGA會跳到A1處讀取並載入檔案。

• 如果A1處的WBSTAR地址為0，且沒有IPROG指令，則載入此處的檔案。

• 如果在載入更新檔案過程中發生錯誤，FPGA便會跳到地址0處，重新載入確保可用的那個檔案。

  IPROG的指令表如下所示：

對於IPROG的指令配置，必須按照這個順序進行，一旦資料不對或者順序不對，FPGA便不會對更新檔案進行載入。

3.結語

在實際使用中FPGA的多重載入是非常有幫助的，靈活的使用能夠避免很多現場的尷尬，也節省了很多後期技術支援的成本。下一節將介紹如何進行程式碼的多重配置處理與使用。