Xilinx FPGA重构技术介绍
重构技术介绍
重构技术是一项非常实用的技术，从比特属性上来分类可以分成全部重构和局部重构。全部重构即在重构时将配置整个fpga器件的比特文件重新加载一次，对fpga进行一次完整的编程配置；局部重构与全部重构有所不同，局部重构时加载的比特文件只是一个部分比特，该部分比特对特定区域进行重新配置。
针对xilinx不同系列的器件，进行重构的方式会有所区别，对于非zynq系列的器件，重构的实现需要借助fpga器件之外的处理器来实现，重构接口为selectmap，非zynq系列器件的重构框图如图 1所示；zynq系列的由于自身嵌入了arm处理器，可以无需借助其他处理器而实现重构的功能，zynq系列器件的ps侧可以通过pcap接口对pl侧完成重构，但是zynq7000和ultrascale+mpsoc在具体实现时所使用的库函数会有区别，两者的重构实现不能互用。
图 1 非zynq系列器件的重构框图
本文档主要针对的器件为ultrascale+mpsoc系列，通过pcap接口对pl侧进行重构，重构框图如下所示：
图 2 ultrascale+mpsoc系列重构框图
重构步骤
建立工程
详细操作在此不做详述，具体可以参考《vivado design suite tutorial embedded processor hardware design》，为了验证需要，硬件允许的情况下可以编写一段闪灯程序。
建立blockdesign
详细操作在此不做详述，具体可以参考《vivado design suite tutorial embedded processor hardware design》，建立blockdesign后，加入一个zynq mpsoc ip核，需要指出的是，为了能实现重构，需要在此ip核中使能sd卡，ddr以及uart（方便调试），并根据硬件的实际情况对它们的参数进行设置。根据需要添加其他ip。
编写编译代码
完成前面的步骤之后就可以建立自己的用户程序，主要是通过ps来实现对pl测逻辑的重构
验证调试
在进行验证调试前需要做好准备工作，如前所述，pl侧可以通过两个实现，生成两个频率不同的闪灯程序的bit文件，由于重构时只能使用bin文件，所以需要将bit文件转换成bin文件，在vivado中的tcl console中使用write_cfgmem指令可以将bit转换成bin文件，具体指令如下：
write_cfgmem -format bin -interface smapx32 -disablebitswap -loadbit up 0x0 文件名.bit bin文件名
生成好的bin文件需要拷贝到memory中，通常都使用sd卡来存储重构的bin文件。
以上准备工作就绪之后就可以debug调试了，建议debug调试时将启动模式设置成jtag模式。
演示demo
本章节通过搭建演示环境和工程对重构的实现进行板级验证。
演示环境
演示的软件搭建包含两个工程，一个用来采集和显示摄像头原图，另外一个工程对摄像头进来的数据做了处理，将像素点中的一个颜色分量置为0，最终显示的图像前景色为绿色。
演示的硬件包含一块5ev的板子，一块图像显示的板子，一台hdmi接口的显示器，一台电脑、一个摄像头，一根fakra接口线、一个xilinx下载器和一根串口线（非必须，具体的演示环境框图如下：
图 4 演示环境框图
演示结果
在sdk中下载程序后，在line280行打上断点，如图 5所示，手动控制程序的运行，每运行一次f8，重构一次pl程序，可以看到显示的图像前景色会发生变化，具体运行结果如图 6、图 7所示，以作参考。
图 5 调试断点设置
图 6 test1.bin运行结果截图
图 7 test2.bin运行结果截图
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针对xilinx不同系列的器件，进行重构的方式会有所区别，对于非zynq系列的器件，重构的实现需要借助fpga器件之外的处理器来实现，重构接口为selectmap，非zynq系列器件的重构框图如图 1所示；zynq系列的由于自身嵌入了arm处理器，可以无需借助其他处理器而实现重构的功能，zynq系列器件的ps侧可以通过pcap接口对pl侧完成重构，但是zynq7000和ultrascale+mpsoc在具体实现时所使用的库函数会有区别，两者的重构实现不能互用。
图 1 非zynq系列器件的重构框图
本文档主要针对的器件为ultrascale+mpsoc系列，通过pcap接口对pl侧进行重构，重构框图如下所示：
图 2 ultrascale+mpsoc系列重构框图
重构步骤
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建立blockdesign
详细操作在此不做详述，具体可以参考《vivado design suite tutorial embedded processor hardware design》，建立blockdesign后，加入一个zynq mpsoc ip核，需要指出的是，为了能实现重构，需要在此ip核中使能sd卡，ddr以及uart（方便调试），并根据硬件的实际情况对它们的参数进行设置。根据需要添加其他ip。
编写编译代码
完成前面的步骤之后就可以建立自己的用户程序，主要是通过ps来实现对pl测逻辑的重构
验证调试
在进行验证调试前需要做好准备工作，如前所述，pl侧可以通过两个实现，生成两个频率不同的闪灯程序的bit文件，由于重构时只能使用bin文件，所以需要将bit文件转换成bin文件，在vivado中的tcl console中使用write_cfgmem指令可以将bit转换成bin文件，具体指令如下：
write_cfgmem -format bin -interface smapx32 -disablebitswap -loadbit up 0x0 文件名.bit bin文件名
生成好的bin文件需要拷贝到memory中，通常都使用sd卡来存储重构的bin文件。
以上准备工作就绪之后就可以debug调试了，建议debug调试时将启动模式设置成jtag模式。
演示demo
本章节通过搭建演示环境和工程对重构的实现进行板级验证。
演示环境
演示的软件搭建包含两个工程，一个用来采集和显示摄像头原图，另外一个工程对摄像头进来的数据做了处理，将像素点中的一个颜色分量置为0，最终显示的图像前景色为绿色。
演示的硬件包含一块5ev的板子，一块图像显示的板子，一台hdmi接口的显示器，一台电脑、一个摄像头，一根fakra接口线、一个xilinx下载器和一根串口线（非必须，具体的演示环境框图如下：
图 4 演示环境框图
演示结果
在sdk中下载程序后，在line280行打上断点，如图 5所示，手动控制程序的运行，每运行一次f8，重构一次pl程序，可以看到显示的图像前景色会发生变化，具体运行结果如图 6、图 7所示，以作参考。
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图 6 test1.bin运行结果截图
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