[發明專利]一種基于SPI的FPGA遠程升級方法

有效

• 申請號: 202010238432.1
• 申請日: 2020-03-30
• 公開（公告）號: CN111414182B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 鄭自菲;張強;孔永強;孫夢賽
• 申請（專利權）人: 鄭州智驅科技有限公司
• 主分類號: G06F8/65
• 分類號: G06F8/65;G06F13/42
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 李想

本發明公開了一種基于SPI的FPGA遠程升級方法，包括上位機、MCU模塊和FPGA模塊，FPGA模塊內部集成SPI存儲模塊，上位機與MCU模塊連接，MCU模塊與SPI存儲模塊連接，SPI存儲模塊與FPGA模塊連接。FPGA模塊升級程序時，SPI存儲模塊切換到升級模式，SPI存儲模塊通過FPGA模塊內部Avalon接口對CFM配置內存區進行讀寫擦除操作，最終將需要升級的程序寫入到CFM配置內存區中。本發明提供的基于SPI的FPGA遠程升級方案，該方法操作簡單，不需要專用的下載器和專用軟件，在不改變現有產品原本設計的前提下，很好地解決了免產品拆裝便能對其中FPGA的配置文件及邏輯功能進行更新升級的問題。

技術領域

本發明屬于FPGA軟件配置升級技術領域，具體涉及一種基于SPI的FPGA遠程升級方法。

背景技術

為響應國家綠色環保的號召，清潔能源、綠色出行成為社會主流趨勢。隨著新能源電動汽車的發展，電機控制器的更新迭代也不斷加快，其功能越來越豐富，對電路的控制邏輯需求也逐漸增大。如此，FPGA由于其靈活的邏輯可重復編程性，在不改變硬件的基礎上可輕松優化其邏輯代碼、改善功能，在電機控制器上的得到青睞。

通常，在電機控制器使用過程中不可避免地需要對FPGA軟件配置進行升級、優化。在完成FPGA設計后，需要將貼裝FPGA芯片的電路板裝進產品進行集成測試，根據測試結果，改善FPGA代碼，優化FPGA功能；另外，在產品裝車試運行時，也極有可能需要對FPGA功能進行調整優化。目前，一般可以通過以下三種技術方案實現FPGA的升級功能。

方案一：傳統的JTAG下載口下載。該方法是利用專用的下載器通過JTAG下載口對其配置文件進行燒錄更新，從而實現內部邏輯的重配置。

方案二：將JTAG下載口引出到控制器外部。此方法在方案一的基礎上進行改進，同樣是利用傳統JTAG下載口，通過線束將JTAG接口引出。

方案三：CPU模擬JTAG接口協議的升級方法。此方法是在主控芯片CPU的主程序里添加模擬JTAG協議的功能代碼，再分配I/O口分別與FPGA的JTAG口連接，從而達到類似JTAG下載的效果。首先，操作人員利用CPU的上位機軟件將FPGA的新配置文件通過CAN通信線束發送到主控芯片CPU的RAM區，然后CPU調用模擬JTAG功能模塊，將收到的配置文件發送到FPGA芯片的配置文件存放區ROM，完成配置文件的更新，然后啟動重配置最終完成FPGA的整個升級過程。

但是上述三種技術方案存在如下缺點。

方案一：此方法最為通用，基本上所有的FPGA出廠時便具備此功能，但是對于此產品需求確實最不可行。此方案有以下兩個缺點：一、對于一個即將交付客戶的產品，如果重新拆開更新其FPGA的配置文件，必然增加拆裝工作量；同時，結構工藝也不允許隨意拆蓋而破壞產品的氣密性等；二：通過JTAG下載口還需要專業技術人員通過專用的下載器和專用軟件，這種要求無論在實驗室測試還是在市場有批量產品軟件升級時都很難滿足。

方案二：雖然這種方法解決了方案一中的第一個缺點，不再需要拆裝，但是此方法的缺點也很明顯：一：需要重新布局電路板的走線，變更了產品設計，增大了設計人員的工作量；二：增加了接插件的使用，同時需要多根線束將接口引到汽車中一個方便下載的地方，增加了不必要的生產成本；三：同方案一的問題，對人員和設備要求較高。

方案三：相對前兩種方法，該方法幾乎避免了JTAG方法的種種問題，充分利用了系統的CPU、CPU上位機、CAN通信線束等已有資源，硬件設計上的變動很小，不過仍然存在以下兩個缺點：一、硬件設計變動雖小，但是仍然需要占用CPU四個或以上I/O口與FPGA的JTAG口連接，使CPU的可用I/O口資源更加緊張；二：同樣需要改動電路板布線，增加工作量；三：對于一個產品開發，CPU要實現的功能本來就非常復雜嗎，再將模擬JTAG的功能添加進來，無疑將增大CPU的軟件工作量。

發明內容