[發明專利]一種基于處理器控制的FPGA配置程序遠程更新系統及其方法

有效

• 申請號: 201210029550.7
• 申請日: 2012-02-10
• 公開（公告）號: CN102609286A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 尹君;汪旭;吳文慧;楊衛峰;陳冬;莫云
• 申請（專利權）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: G06F9/445
• 分類號: G06F9/445
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及一種FPGA的配置系統及其方法，尤其是涉及一種基于處理器控制的遠程更新FPGA配置程序的系統及實現方法。

背景技術

可編程邏輯器件在當今電子類產品的研發設計中，被廣泛的使用。特別是現場可編程邏輯門陣列FPGA（Field?Programmable?Gate?Array，現場可編程邏輯陣列）已經在許多產品設計場合替代專用的IC芯片。FPGA的優勢在于超高速、豐富的邏輯資源以及用戶可靈活配置的邏輯功能，適用于邏輯接口功能多種多樣、靈活可變的場合。FPGA大多是基于SRAM結構的，當其正常工作時配置程序存儲在SRAM（Static?RAM）單元中。SRAM單元通常也被稱為配置存儲單元（Configuration?RAM），由于SRAM掉電數據丟失的特性，因此FPGA的配置程序需存放在片外專用的PROM中。每次上電時，配置數據都必須重新加載到FPGA內部的RAM中，初始化工作完成后FPGA芯片才能正常工作，這就是通常所說的FPGA配置過程。

現有的FPGA配置方式主要有兩種：一種是使用最基本配置方式，使用FPGA廠家提供的專用下載器將開發軟件生成好的配置程序下載到板上PROM中去，該PROM一般為FPGA廠家指定的存儲芯片，且與FPGA的專用配置管腳相連。PROM中的配置數據在每次上電時都會自動加載到FPGA芯片中去。另一種方式是在微處理器的系統中采用其它的非易失性存儲器（如：E2PROM和Flash）來存儲配置程序，通過連接到微處理器上的通訊接口去更新存儲器中的配置程序。FPGA與的配置端口與微處理的I/O端口相連。每次上電，微處理器同FPGA的接口還要模擬FPGA的配置信號時序將存儲器中的配置數據加載到FPGA的SRAM中去，從而達到配置FPGA數據的目的。

現有的FPGA配置方法主要有如下缺點：

一、第一種配置方式，也是最基本的配置方式，需要下載器和與之配套的開發軟件，這種配置方式適合于試制階段的實驗調試，或是批量生產時燒寫配置程序。專用的配置芯片成本較高，適用于FPGA功能相對穩定的情況下，該方式靈活性較差；

二、傳統方式需將下載器連接到板上的插座，才能把配置程序下載到目標芯片中去，但大多數現場環境中，將機箱或是模塊拆解開來比較困難，所以傳統的加載配置程序的方式的應用很受限制；

三、在許多場合，系統希望能夠實現對FPGA進行動態配置，甚至要求在系統運行狀況下在線更改FPGA的功能。上述的兩種方式顯然都不合適，它們都需要在每次重啟上電后，配置數據才會下載到FPGA中去。

四、有的產品設計中，采用CPU+FPGA系統架構，需要FPGA先啟動運行，或是CPU和FPGA的啟動運行互相沒有依賴關系，第二種配置方式就不適用了。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于處理器控制的FPGA配置程序遠程更新系統及其方法，實現對FPGA器件的規格升級和系統更新等操作，解決了現有技術方法不靈活，現場升級困難、無法滿足遠程FPGA更新配置及在線更新等缺陷。

為了實現上述發明目的，本發明具體提供了一種基于處理器控制的FPGA配置程序遠程更新系統的技術實現方案，一種基于處理器控制的FPGA配置程序遠程更新系統，包括：處理器模塊、FPGA模塊、SPI（Serial?Peripheral?Interface，串行外圍設備接口）存儲器模塊和緩沖器模塊，處理器模塊與SPI存儲器模塊相連，處理器模塊與通訊接口相連，SPI存儲器模塊與FPGA模塊相連，處理器模塊還通過緩沖器模塊與SPI存儲器模塊相連，通訊接口為處理器模塊與上位機或終端通訊的接口裝置，SPI存儲器模塊存儲FPGA模塊的配置程序，緩沖器模塊用于導通或斷開處理器模塊與SPI存儲器模塊之間的連接，當FPGA模塊有配置程序需要更新時，上位機或終端通過通訊接口和處理器模塊將FPGA配置程序下載到SPI存儲器模塊中，在Master?SPI模式下，FPGA模塊自動加載存儲在SPI存儲器模塊中的配置程序。

作為本發明一種基于處理器控制的FPGA配置程序遠程更新系統技術方案的進一步改進，FPGA配置程序遠程更新系統還包括SPI接口模塊和JTAG（Joint?Test?Action?Group，聯合測試工作組）接口模塊，SPI接口模塊與SPI存儲器模塊相連，JTAG接口模塊與FPGA模塊相連，配置程序采用間接在系統編程模式通過FPGA模塊的JTAG鏈為SPI存儲器模塊下載配置程序或者采用直接在系統編程模式通過外部的下載器直接為SPI存儲器模塊下載配置程序。