[發明專利]一種基于NiosII軟核的FPGA在線升級方法

在審

• 申請號: 202011183991.3
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112148341A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 張光宇;楊晨飛;曹桂平;董寧
• 申請（專利權）人: 合肥埃科光電科技有限公司
• 主分類號: G06F8/654
• 分類號: G06F8/654;G06F8/61;G06F9/445
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種基于NiosII軟核的FPGA在線升級方法，其步驟是，1、FPGA上運行NiosII軟核，用于響應在線升級指令，并讀寫存儲器；2、在存儲器中存儲兩組鏡像，啟動鏡像和工作鏡像，3、FPGA上電后載入啟動鏡像，然后嘗試切換到工作鏡像，若切換失敗則回到啟動鏡像；兩組鏡像都能在線升級。本發明能實現方便、穩定的FPGA在線升級功能，并在升級過程中發生意外時，能保證設備能夠啟動，并重新升級，另外本發明無需增加其他硬件模塊，從而降低了成本和設備尺寸限制。

技術領域

本發明涉及電子技術領域，具體的說是一種基于Nios II軟核的FPGA在線升級方法，并應用產品為使用Intel FPGA并帶有外部通信接口的設備。

背景技術

在工業領域經常使用FPGA(現場可編程門陣列)來實現數據采集、數據處理、數據傳輸等功能。FPGA通用的固件升級方法是通過FPGA下載器連接JTAG接口來完成的，但是設備通常不會將JTAG接口曝露在外。在一些不方便拆機的情況下，無法通過JTAG接口升級FPGA固件。

FPGA在線升級目前已有多種方案。一種方案是基于MCU和模擬開關，通過MCU控制模擬開關，將FPGA的配置FLASH與MCU引腳相連，實現了通過MCU讀寫FPGA的配置FLASH。然后再通過串口、USB等外部接口，將FPGA固件發送到MCU，并寫入FPGA配置FLASH。另一種方案是使用Intel FPGA并制作兩個鏡像，一個是啟動鏡像，集成了嵌入式軟核處理器Nios II，用于在線升級，另一個是正常工作鏡像。FPGA啟動時在Nios II中等待升級指令，若有升級指令，則進入升級狀態，通過Intel FPGA的FLASH控制器IP核更新FPGA固件，若等待超時，則加載正常工作鏡像。

上述方案中，通過MCU實現FPGA固件升級缺點是增加了硬件成本和電路板尺寸。

第二種方案只能在單獨的在線升級程序中更新FPGA固件，限制了在線升級的靈活性，設備啟動時需要等待在線更新指令超時，增加了設備啟動時間。在FPGA固件更新的過程中，若發生傳輸錯誤、中途突然掉電等情況，可能導致設備固件損壞無法啟動。

發明內容

本發明是為了解決上述現有技術存在的不足之處，提出一種基于Nios II軟核的FPGA在線升級方法，以期能實現方便、穩定的FPGA在線升級功能，并在升級過程中發生意外時，能保證設備能夠啟動，并重新升級。

本發明為達到上述發明目的，采用如下技術方案：

本發明一種基于Nios II軟核的FPGA在線升級方法的特點是應用于由計算機，通信接口，FPGA和FLASH存儲器所組成的裝置中，并包括如下步驟：

步驟一、FPGA上電初始化，載入FLASH存儲器中的FPGA啟動鏡像；

步驟二、所述FPGA啟動鏡像嘗試載入FLASH存儲器中的FPGA工作鏡像，若載入成功，則執行步驟三至步驟五，若載入失敗，則使能Nios II軟核載入Nios II啟動鏡像，并等待接收指令，執行步驟四和步驟五；

步驟三、所述FPGA工作鏡像使能Nios II軟核，并利用看門狗定時器開始計時，Nios II軟核載入Nios II工作鏡像，若載入成功，則向FPGA發送信號，使得看門狗定時器停止計時，并等待接收指令；

若載入失敗，則觸發看門狗定時器的超時事件，使得FPGA重新回到所述FPGA啟動鏡像，并使能Nios II軟核，載入Nios II工作鏡像，等待接收指令；

步驟四、計算機通過所述通信接口向FPGA發送升級指令和升級數據，所述Nios II軟核響應升級指令，并將所述升級數據寫入到FLASH存儲器中的對應位置；

步驟五、所述Nios II軟核控制FPGA重新啟動。