CN106843959A - 一种fpga远程更新装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种FPGA远程更新装置，包括FPGA模块，FPGA模块内部设有嵌入式处理器远程更新系统，远程更新系统包括通讯模块和远程更新模块，通讯模块分别与上位机和远程更新模块相连，远程更新模块与FPGA模块的配置FLASH相连。本发明还相应公开了一种FPGA远程更新方法，步骤为：S01、上位机向嵌入式处理器远程更新系统发送约定的程序更新指令，远程更新模块采集更新系统的状态决定是否接收更新指令；S02、当允许更新后，上位机下发数据帧，并发送至远程更新模块进行数据帧的暂存，再按照配置FLASH的具体时序完成数据帧的更新。本发明的FPGA远程更新装置及方法均具有原理简单、操作简便、低成本等优点。

Description

一种FPGA远程更新装置及方法

技术领域

本发明主要涉及可编程逻辑器件技术领域，特指一种FPGA远程更新装置及方法。

背景技术

目前，可编程逻辑器件FPGA大量运用于工业中，用于数据采集，通信以及控制等方面。在研发和批量生产以及测试过程中，都会涉及FPGA逻辑程序的更新问题。现有的远程更新大多采用第三方的控制器：例如一片DSP或者一片CPLD或者FPGA来对需要升级的FPGA进行更新。目前与此相关的论文或专利有：

论文一《基于NiosII多片FPGA远程更新设计与实现》：本文突出了一种基于NiosII多片FPGA远程更新设计方法，通过以太网口和串口实现对FPGA配置文件的更新。重点介绍了设计与实现方案、硬件设计、软件设计。该方案解决了传统程序在线升级操作复杂、距离短等难以满足相关工程需求的问题，使得FPGA程序升级方便，提升了工作效率。但此设计主要在每个FPFA上构建NiosII软核，FPGA接通过以太网口连接PC机，多片FPGA通过串口传递程序文件。主要缺点是需要特殊厂家的特殊芯片，应用局限。多片FPGA采用串口相连，使得没有和以太网口相连的FPGA在更新速度上很慢。

专利一《一种基于处理器控制的FPGA配置程序远程更新系统及其方法》：本发明公开了一种基于处理器控制的FPGA配置程序远程更新系统及其方法，系统包括：处理器模块、FPGA 模块、SPI 存储器模块和缓冲器模块，处理器模块与SPI 存储器模块相连，处理器模块与通讯接口相连，SPI 存储器模块与FPGA模块相连，处理器模块还通过缓冲器模块与SPI存储器模块相连。当FPGA 模有配置程序需要更新时，上位机或终端通过通讯接口和处理器模块将FPGA 配置程序下载到SPI 存储器模块中，在Master SPI 模式下，FPGA 模块自动加载存储在SPI 存储器模块中的配置程序。该系统及其方法可实现远程更新FPGA 配置程序，并具有在非断电情况下在线更改配置程序的功能，特别适合现场应用。

专利二《一种FPGA 配置文件远程更新的方法及装置》：本发明公开了一种FPGA 配置文件远程更新的方法及装置。方法包括：CPU 控制多路模拟开关将CPU 与存储器建立连接，将存储器与FPGA 断开；CPU 更新存储器中存储的配置文件；在更新完成后，CPU 控制多路模拟开关断开CPU 与存储器之间的连接，将存储器与FPGA建立连接；CPU 触发FPGA 从存储器中导入更新后的配置文件，控制FPGA 配置更新后的配置文件。专利一和专利二均需要在FPGA和配置FLASH外额外增加缓冲模块和CPU。在只有FPGA情况下和FPGA内嵌配置FLASH时，需要增加元件数量和种类以及成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、实现方便、成本低的FPGA远程更新装置，并基于此装置提供一种操作简便的FPGA远程更新方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种FPGA远程更新装置，包括FPGA模块，所述FPGA模块内部设有嵌入式处理器远程更新系统，所述嵌入式处理器远程更新系统包括通讯模块和远程更新模块，所述通讯模块分别与上位机和远程更新模块相连，所述远程更新模块与FPGA模块的配置FLASH相连。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述通讯模块接收上位机的命令和程序数据并发送至远程更新模块，同时将嵌入式处理器远程更新系统是否允许更新、更新进度以及回读的程序数据回传至上位机，所述远程更新模块将接收的命令进行解析，并对程序数据转换成适合配置FLASH的数据流和时钟流，进行配置FLASH数据的读写以及擦除。

所述通讯模块采用网口或串口或光纤。

所述通讯模块通过无线或网线或串口或USB口与所述上位机相连。

所述配置FLASH为FPGA内置或FPGA外置。

本发明还公开一种基于如上所述的FPGA远程更新装置的更新方法，步骤为：

S01、所述上位机向嵌入式处理器远程更新系统发送约定的程序更新指令，所述远程更新模块采集嵌入式处理器远程更新系统的状态，决定是否接收更新指令；

S02、当允许更新后，上位机下发数据帧，并经通讯模块发送至远程更新模块，远程更新模块进行数据帧的暂存，再按照配置FLASH的具体时序完成数据帧的更新。

作为上述技术方案的进一步改进：

步骤S02中，数据帧采用分页的形式，整页数据作为一个数据帧，所述上位机根据配置FLASH的实际页面数进行下发数字帧。

在步骤S02中，所述远程更新模块每收到一页数据帧，暂存一页数据帧并进行程序数据的FLASH写入操作控制以及反馈状态，所述通讯模块根据远程更新模块的外部信号，判断是暂停还是继续下一次程序数据帧的下发。

在步骤S02中，所述远程更新模块按照配置FLASH的具体时序，通过时钟生成模块、配合擦除、写使能、写地址以及写数据命令，完成一页数据帧的更新；一页数据帧更新完成后，反馈至通讯模块，再进行下一页的更新。

在完成整个程序数据的更新后，所述远程更新模块再对写入至配置FLASH的数据帧进行回读，并通过通讯模块再次回传至上位机，由上位机进行下发数据和回读数据的一致性比对；当上位机判断两个数据一致时，再通过嵌入式处理器远程更新系统启动重配置，完成更新。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的FPGA远程更新装置，在FPGA上通过软核或者硬件语言来实现嵌入式处理器远程更新系统，来实现FPGA对自身的配置FLASH进行远程更新，不需要额外增加其它如DSP、CPLD和FPGA等控制器进行程序更新，减少了FPGA远程更新的成本；另外也不需要布线，减少了FPGA布线难度以及数量。本发明的FPGA远程更新方法同样具有如上更新装置所述的优点。

附图说明

图1为本发明的更新装置的方框结构图之一。

图2为本发明的更新装置的方框结构图之二。

图3为本发明的更新装置的方框结构图之三。

图4为本发明的更新方法流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1至图3所示，本实施例的FPGA远程更新装置，包括FPGA模块，FPGA模块内部设有嵌入式处理器远程更新系统，嵌入式处理器远程更新系统包括通讯模块和远程更新模块，通讯模块分别与上位机和远程更新模块相连，远程更新模块与FPGA模块的配置FLASH相连。本发明的FPGA远程更新装置，在FPGA上通过软核或者硬件语言来实现嵌入式处理器远程更新系统，来实现FPGA对自身的配置FLASH进行远程更新，不需要额外增加其它如DSP、CPLD和FPGA等控制器进行程序更新，减少了FPGA远程更新的成本；另外也不需要布线，减少了FPGA布线难度以及数量。

本实施例中，通讯模块接收上位机（如PC机）的命令和程序数据并发送至远程更新模块，同时将嵌入式处理器远程更新系统是否允许更新、更新进度以及回读的程序数据回传至上位机，远程更新模块将接收的命令进行解析，并对程序数据转换成适合配置FLASH的数据流和时钟流，进行配置FLASH数据的读写以及擦除。

本实施例中，通讯模块采用网口或串口或光纤等作为实现媒介，收到的数据采用命令帧和数据帧分开的模式，其中命令帧主要用于上位机下发更新命令、回读命令以及配置FLASH写入的程序文件是否和PC机下发程序文件相同的一致性命令。更新命令用于指示远程更新模块进行程序更新的使能命令，回读命令用于回读配置FLASH中的存在的程序文件，一致性命令和回读命令搭配使用，用于远程更新模块判断是否对更新的数据进行重配置。

本实施例中，通讯模块通过无线或网线或串口或USB口与上位机相连。

如图1和图2所示，本实施例中，配置FLASH为FPGA内置或FPGA外置。

如图4所示，本发明还公开了一种基于如上所述的FPGA远程更新装置的更新方法，步骤为：

S01、上位机向嵌入式处理器远程更新系统发送约定的程序更新指令，远程更新模块采集嵌入式处理器远程更新系统的状态，决定是否接收更新指令；

S02、当允许更新后，上位机下发数据帧，并经通讯模块发送至远程更新模块，远程更新模块进行数据帧的暂存，再按照配置FLASH的具体时序完成数据帧的更新。

下面结合一实例对本发明的FPGA远程更新方法做进一步的描述：

如图3和图4所示，PC机通过串口、网线、无线或者USB口向嵌入式处理器远程更新系统发送约定的程序更新指令。PC机收到从远程更新模块发出的经由通讯模块上传的允许更新指令后，下发数据帧。数据帧根据实际情况，采用分页，页码起始地址+数据1+数据2……，直到整页数据作为一个数据帧。其中根据配置FLASH实际页面数进行下发数据帧数。其中每收到一页，远程更新模块暂存一页数据并进行FLASH写入操作控制以及反馈状态。通讯模块根据远程更新模块以及整个远程更新系统外部信号，进行判断是暂停还是继续下一页程序数据的下发。远程更新模块根据通讯模块收到的有页面信息和地址数据以及程序数据的数据帧，先暂存数据帧。按照配置FLASH具体时序，通过时钟生成模块，配合擦除、写使能、写地址以及写数据等命令，完成一页数据的更新。一页数据更新完成后，反馈给通讯模块更新完成的标志。再进行下一页数据的更新。完成整个程序的更新后，远程更新系统再对写入到配置FLASH中的数据进行回读，通过通讯模块再次回传给PC机，由PC机进行下发文件和回读文件的一致性对比。PC机判断两个文件一致后，再通过嵌入式处理器远程更新系统来启动重配置，完成更新。否则擦除FLASH，再次进行上述操作，完成远程更新操作。

本发明的FPGA远程更新装置及方法，不需要额外增加其它控制器（如DSP，CPLD和FPGA）来对FPGA进行程序更新，减少了FPGA远程更新的成本；除了远程通讯线路，不需要其它布线来实现程序更新的目的，减少了布线难度以及数量；对不支持软核的FPGA可以采用硬件描述语言实现，扩大了对FPGA远程更新的应用范围；与FPGA相连通讯速率，可以依据成本和更新速度时间要求，来配备低速或高速接口。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种FPGA远程更新装置，其特征在于，包括FPGA模块，所述FPGA模块内部设有嵌入式处理器远程更新系统，所述嵌入式处理器远程更新系统包括通讯模块和远程更新模块，所述通讯模块分别与上位机和远程更新模块相连，所述远程更新模块与FPGA模块的配置FLASH相连。

2.根据权利要求1所述的FPGA远程更新装置，其特征在于，所述通讯模块接收上位机的命令和程序数据并发送至远程更新模块，同时将嵌入式处理器远程更新系统是否允许更新、更新进度以及回读的程序数据回传至上位机，所述远程更新模块将接收的命令进行解析，并对程序数据转换成适合配置FLASH的数据流和时钟流，进行配置FLASH数据的读写以及擦除。

3.根据权利要求1所述的FPGA远程更新装置，其特征在于，所述通讯模块采用网口或串口或光纤。

4.根据权利要求1所述的FPGA远程更新装置，其特征在于，所述通讯模块通过无线或网线或串口或USB口与所述上位机相连。

5.根据权利要求1所述的FPGA远程更新装置，其特征在于，所述配置FLASH为FPGA内置或FPGA外置。

6.一种基于权利要求1至5中任意一项所述的FPGA远程更新装置的更新方法，其特征在于，步骤为：

S01、所述上位机向嵌入式处理器远程更新系统发送约定的程序更新指令，所述远程更新模块采集嵌入式处理器远程更新系统的状态，决定是否接收更新指令；

S02、当允许更新后，上位机下发数据帧，并经通讯模块发送至远程更新模块，远程更新模块进行数据帧的暂存，再按照配置FLASH的具体时序完成数据帧的更新。

7.根据权利要求6所述的FPGA远程更新方法，其特征在于，步骤S02中，数据帧采用分页的形式，整页数据作为一个数据帧，所述上位机根据配置FLASH的实际页面数进行下发数字帧。

8.根据权利要求7所述的FPGA远程更新方法，其特征在于，在步骤S02中，所述远程更新模块每收到一页数据帧，暂存一页数据帧并进行程序数据的FLASH写入操作控制以及反馈状态，所述通讯模块根据远程更新模块的外部信号，判断是暂停还是继续下一次程序数据帧的下发。

9.根据权利要求8所述的FPGA远程更新方法，其特征在于，在步骤S02中，所述远程更新模块按照配置FLASH的具体时序，通过时钟生成模块、配合擦除、写使能、写地址以及写数据命令，完成一页数据帧的更新；一页数据帧更新完成后，反馈至通讯模块，再进行下一页的更新。

10.根据权利要求9所述的FPGA远程更新方法，其特征在于，在完成整个程序数据的更新后，所述远程更新模块再对写入至配置FLASH的数据帧进行回读，并通过通讯模块再次回传至上位机，由上位机进行下发数据和回读数据的一致性比对；当上位机判断两个数据一致时，再通过嵌入式处理器远程更新系统启动重配置，完成更新。