[發(fā)明專利]基于樹莓派和FPGA的配置電路及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711293023.6
• 申請(qǐng)日: 2017-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN109902054A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宇飛;馮涵;楊建超;曹鑫泉;顧紅;蘇衛(wèi)民;陸錦輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F13/42
• 分類號(hào): G06F13/42;G06F13/40
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發(fā)明公開了一種基于樹莓派和FPGA的配置電路。該系統(tǒng)包括一片樹莓派Raspberry Pi 3的板子、一片F(xiàn)lash芯片和Xilinx系列的FPGA芯片。該電路可以通過樹莓派采用兩種配置方式來配置FPGA。一種是從并模式，由樹莓派直接配置FPGA；另一種是SPI模式，先由樹莓派將.mcs文件傳到Flash，上電時(shí)Flash會(huì)自動(dòng)加載.mcs文件到FPGA，完成FPGA的配置流程。此外，樹莓派自帶的WiFi固件和以太網(wǎng)口聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的系統(tǒng)升級(jí)，能為使用者提供后續(xù)的更新和改進(jìn)。本發(fā)明設(shè)計(jì)靈活，兩種配置方案使得該信號(hào)處理板適用的場(chǎng)合更加廣泛；可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的系統(tǒng)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)在線更新下載，方便完善和改進(jìn)工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于樹莓派和FPGA的配置電路及方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)在的電路系統(tǒng)要求利用更少的空間及更低的成本來實(shí)現(xiàn)更多的功能，此外Xilinx每一代的FPGA都有更高的性能和更豐富的功能，給這種電路系統(tǒng)要求帶來了可能。隨著嵌入式系統(tǒng)越來越受歡迎，眾多設(shè)計(jì)師想要減少使用的元件數(shù)并且增加靈活性。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，使用微處理器來配置FPGA慢慢流行了起來。

盡管Flash PROM為Xilinx FPGA提供了易于使用的預(yù)構(gòu)建配置解決方案，但使用固化Flash程序后，一旦做成產(chǎn)品，修改程序變得繁瑣，從而難以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行后期的維護(hù)和更新。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于樹莓派和FPGA的配置電路及方法，使得系統(tǒng)更加靈活和通用。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于樹莓派和FPGA的配置電路，包括一塊樹莓派Raspberry Pi 3的板子、一片F(xiàn)lash芯片和Xilinx系列的FPGA芯片；采用兩種配置方式配置FPGA芯片，并且利用樹莓派Raspberry Pi 3自帶的WiFi固件和以太網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)在線的系統(tǒng)升級(jí)；

樹莓派Raspberry Pi 3配置FPGA芯片總計(jì)用到了20個(gè)GPIO口，其中17個(gè)連接到FPGA，分別是M[2:0]、DONE、CCLK、DATA[7:0]，用來直接配置FPGA；另外還有4個(gè)GPIO口接到Flash芯片，4個(gè)GPIO口用的是樹莓派Raspberry Pi 3專用的SPI傳輸接口，分別是SPI_CLK、SPI_CE、SPI_MOSI、SPI_MISO，其中CCLK與SPI_CLK共用同一個(gè)GPIO口。

進(jìn)一步地，采用兩種配置方式配置FPGA芯片，具體為：

通過樹莓派Raspberry Pi 3的GPIO口直接配置FPGA芯片，或者是樹莓派Raspberry Pi 3將文件傳輸?shù)紽lash芯片，再由Flash芯片在上電的時(shí)候加載到FPGA。

進(jìn)一步地，利用樹莓派Raspberry Pi 3自帶的WiFi固件和以太網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)在線的系統(tǒng)升級(jí)，具體為：

通過樹莓派Raspberry Pi 3自帶的WiFi固件，聯(lián)網(wǎng)即可下載安裝包，再由樹莓派Raspberry Pi 3下載到FPGA芯片，實(shí)現(xiàn)版本的升級(jí)；

在沒有WiFi的情況下，通過網(wǎng)線接入以太網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。

一種基于樹莓派和FPGA的配置方法，采用兩種配置方式配置FPGA芯片，

第一種配置方式為：采用從并配置模式，通過樹莓派Raspberry Pi 3的GPIO口直接配置FPGA芯片；該模式下，樹莓派實(shí)現(xiàn)的功能：產(chǎn)生時(shí)鐘CCLK、傳送配置數(shù)據(jù)到FPGA和檢測(cè)FPGA回傳的DONE信號(hào)；

第二種配置方式為：采用SPI配置模式，通過先由樹莓派Raspberry Pi 3傳給Flash芯片，再由Flash芯片加載到FPGA芯片；該模式下，樹莓派Raspberry Pi 3通過SPI傳輸方式將.mcs文件傳到Flash芯片，然后再由Flash芯片在上電的時(shí)候加載到FPGA。