[發明專利]基于重構的FPGA多余度實現方法

有效

• 申請號: 201510744148.0
• 申請日: 2015-11-05
• 公開（公告）號: CN105354381B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 全浩軍;王樂鴻;所玉君;崔建飛
• 申請（專利權）人: 天津津航計算技術研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 劉東升

1.一種基于重構的FPGA多余度實現方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)生成各余度模塊FPGA配置數據，統計配置數據長度，確定超時參數；

2)根據步驟1)的統計數據建立余度切換表；

3)根據余度切換表組建余度切換模塊，生成余度切換模塊FPGA配置數據；

4)配置數據整合燒寫；

5)余度切換模塊配置看門狗，調度余度模塊；

6)使用指定的余度模塊配置數據配置FPGA并運行；

7)重復步驟5)和步驟6)，直至所有余度失效；

所述步驟1)中，所述各余度模塊是用戶在每個余度中要實現的具體功能，通過在原用戶期望功能的基礎上添加看門狗子模塊實現；看門狗子模塊是FPGA開發環境提供的帶有看門狗功能的IP核，帶有看門狗復位信號，如果某余度模塊在一定時間內沒有將看門狗復位信號置為有效，則看門狗復位超時，表明該余度所實現的功能出現故障，需要進行余度切換；

所述步驟2)中，所述的余度切換表包括總余度數目N和每個余度的調度優先級、調度起始地址和超時參數；調度優先級指該余度在所有余度模塊中被調度的優先順序，調度起始地址指該余度模塊對應的FPGA配置數據在配置芯片中存儲的起始地址，超時參數指該余度模塊在多長時間內沒有復位看門狗則表明該余度功能已經出現故障，需要調用其他余度模塊；調度起始地址的確定應以優先級和配置數據長度為依據，高優先級余度的調度起始地址應小于低優先級余度的調度起始地址，且相鄰兩個余度調度起始地址的差值應大于兩個余度中高優先級余度的配置數據長度；余度切換表中最高優先級余度的調度起始地址不為0，且該地址應大于步驟3)中余度切換模塊FPGA配置數據的長度。

2.如權利要求1所述的基于重構的FPGA多余度實現方法，其特征在于，所述步驟3)中，所述余度切換模塊是進行余度調度的主控模塊，其包括重構和看門狗控制、余度數據存儲器和余度調度三個子模塊；其中重構和看門狗控制子模塊是FPGA編程環境提供的帶有重構和看門狗功能的IP核，余度數據存儲器用于存儲余度切換表中所有余度的調度優先級、調度起始地址和超時參數數據，并為每個余度均提供了1比特的讀寫空間，用于記錄該余度當前的有效狀態，余度調度子模塊根據余度故障情況改變余度數據存儲器中的余度有效狀態，并根據余度調度優先級和改變后的各余度有效狀態進行余度選擇，根據被選余度參數對重構和看門狗控制子模塊進行配置，使能FPGA重構；利用FPGA環境生成的余度切換模塊FPGA配置數據長度小于余度切換表中最高優先級余度的調度起始地址。

3.如權利要求2所述的基于重構的FPGA多余度實現方法，其特征在于，所述步驟4)中，所述配置數據整合是利用FPGA開發環境提供的FPGA配置文件轉換工具將步驟1)中生成的各余度模塊FPGA配置數據和步驟3)中生成的余度切換模塊FPGA配置數據進行整合，整合為一個FPGA配置芯片燒寫文件并寫入FPGA配置芯片；在數據整合時，指定余度切換模塊配置數據在配置芯片中的起始地址為0，各余度模塊配置數據在配置芯片中存儲的起始地址與步驟2)中最終確定的各余度調度起始地址一致。

4.如權利要求3所述的基于重構的FPGA多余度實現方法，其特征在于，所述步驟5)中，所述余度切換模塊配置看門狗，調度余度模塊，具體是在FPGA上電時默認從配置芯片中的地址0讀取配置數據，如果余度調度模塊所調度的余度在余度切換表指定的時間內沒有對看門狗進行復位操作，FPGA自動重構，將FPGA配置為余度切換模塊的功能；在余度切換模塊運行時，余度調度子模塊首先通過重構和看門狗控制子模塊讀取上次重構的配置數據起始地址，如果該地址不為0，則在余度數據存儲器中將該地址對應的余度置為無效，表明該余度功能已經發生故障，在下次FPGA上電前將不再被調度；如果該地址為0，表明當前狀態是在FPGA上電后第一次進行余度調度，無需進行余度置無效的操作；在以上步驟完成后，余度調度子模塊從余度數據存儲器中讀取余度數據，選擇具有最高優先級的有效余度，然后記錄該余度的調度起始地址和超時參數，將調度起始地址寫入重構和看門狗控制子模塊，并根據超時參數指定看門狗的超時定時器閾值、使能看門狗，最后通過重構和看門狗控制子模塊使能重構。

5.如權利要求4所述的基于重構的FPGA多余度實現方法，其特征在于，所述步驟6)中，所述的使用指定的余度模塊配置數據配置FPGA并運行，具體是在步驟5)使能重構后，FPGA自動從指定的調度起始地址讀取配置芯片中存儲的配置數據，進行自身重構，之后FPGA被配置為指定余度模塊的功能，并重構完成自動復位運行；在正常狀態下，該余度模塊會在調度切換表指定的時間內復位看門狗，FPGA不會重構；當故障發生時，該余度模塊沒有在規定的時間內完成數據收發和處理，將導致看門狗復位超時，FPGA會從配置芯片的地址0讀取配置數據，自動重構。