CN103823698A - Fpga和dsp目标程序的烧写和启动的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及嵌入式系统技术领域，公开了一种FPGA和DSP目标程序的烧写和启动方法及设备。该方法包括步骤：将DSP目标程序转换成FPGA目标程序可执行的文件格式；将FPGA目标程序和转换后的DSP目标程序转换成一个文件并烧写到目标板上的存储器的不同地址段，一次性完成两种处理器目标程序的烧写；将设备重新上电或复位，FPGA从程序存储器中读取FPGA程序代码并运行，完成FPGA加载；FPGA给DSP一个复位信号，DSP从程序存储器中读取DSP程序代码并运行，完成DSP加载。在硬件上，本发明设计在一片存储芯片同时存储FPGA目标程序和DSP目标程序，降低硬件设计复杂度，减小了设计成本；在目标程序烧写过程中，只需通过FPGA下载器烧写一个.mcs文件即可，简化车间批量生产时FPGA和DSP程序加载流程。
Description
技术领域
本发明涉及嵌入式系统技术领域，尤其涉及一种FPGA和DSP目标程序的烧写和启动方法及设备。
背景技术
随着嵌入式技术的发展，在实际工程应用中，技术人员常用的信号处理器或控制器有微控制器（MCU）、现场可编程门阵列（FPGA）和数字信号处理器（DSP）三类，这三种处理器各具有独特的优势，但又在某些方面略显不足。MCU具有丰富的外设接口，非常适合于工业控制；FPGA设计灵活，且工作速度快；DSP具有超强的运算能力，速度快，广泛运用于大量数据计算的场合。因此，结合以上各类处理器的优缺点，在信号处理和电子通信系统中常采用FPGA+DSP架构来搭建其硬件平台，DSP用于实现高速的信号处理，而FPGA可满足复杂的控制和灵活的设计。
针对这两种处理器传统的程序加载方法采用JTAG硬件下载器实现，且FPGA和DSP的程序分别存储在不同的存储器中。烧写时，DSP程序和FPGA程序的烧写过程是独立进行的，通过FPGA JTAG下载器来下载FPGA目标程序，通过DSP JTAG下载器来下载DSP目标程序。烧写过程首先将目标板上FPGA的JTAG口通过FPGA下载器与PC机相连接，烧写FPGA目标程序到FPGA程序存储器中，然后将目标板上DSP的JTAG口通过DSP下载器与PC机相连，将DSP目标程序文件烧写到DSP的存储芯片中。当上电或复位时，DSP和FPGA芯片分别从相应的存储芯片中读取程序代码并运行。
针对传统的程序加载方法，在设计电路板时，需要给DSP和FPGA配置独立的程序存储器，这加大了电路的设计复杂度，其次，在对DSP和FPGA烧写过程中，分别需要DSP仿真器和FPGA下载器，提高了设计成本，再次，DSP程序和FPGA程序的烧写过程需要独立进行，不利于简化车间批量生产时FPGA和DSP程序加载流程。
此外，针对传统程序加载方法出现的问题，吴湘宁教授等人提出了基于以太网通过MCU加载FPGA和DSP的方法，外部计算机通过以太网将代码传送给MCU，由MCU写入Flash存储器模块中，然后有MCU通过FPGA的从串加载模式和DSP的主机引导加载实现对FPGA和DSP程序代码的引导加载。但是，该方法虽然实现了程序的远程动态加载，并且网口通讯速度快、信号稳定，却仍然额外需要一片MCU，无疑增加了系统的复杂度和涉及生产成本。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何简化同时具备FPGA和DSP芯片的嵌入式系统的程序烧写启动的复杂度。
为解决上述问题，一方面，本发明提供了一种FPGA和DSP目标程序的烧写和启动方法，该方法包括步骤：
S1，将DSP目标程序文件转换成FPGA目标程序文件可执行的文件格式；
S2，将FPGA目标程序和转换后的DSP目标程序转换成一个文件并烧写到目标板上的存储器的不同地址段，一次性完成两种处理器目标程序的烧写；
S3，将设备重新上电或复位，FPGA自动从程序存储器中相应的地址读取FPGA程序代码并运行，完成FPGA加载；
S4，将DSP外部的程序加载接口与程序存储器连接，同时FPGA给DSP一个复位信号，此时DSP自动从程序存储器对应的地址中读取DSP程序代码并运行，完成DSP加载。
优选地，所述方法还包括步骤：
S5，当DSP的加载完成之后，FPGA将检测DSP的运行状态，若正常运行则表明加载完成，若DSP运行状态异常，则再产生复位信号，重新加载DSP程序，当加载的次数不少于3次，加载仍不成功，将报错并结束加载程序。
优选地，步骤S2中，烧写到所述目标板上的所述FPGA目标程序的地址为存储器的首地址，所述DSP目标程序的地址根据具体情况任意设置。
优选地，步骤S4中，当FPGA给DSP一个复位信号后，DSP程序的加载运行采用ROM引导的加载方式。
另一方面，本发明还同时提供了一种FPGA和DSP程序烧写和启动设备，包括：上位机、JTAG下载器、程序存储器、FPGA芯片以及DSP芯片，其中，所述JTAG下载器分别连接所述上位机和和FPGA芯片，所述FPGA芯片以及DSP芯片之间通过总线和复位信号线连接，所述FPGA芯片和程序存储器之间也通过总线连接。
优选地，所述FPGA芯片为XILINX公司的XC5VLX110T型号，所述DSP芯片为TI公司的TMS320F6416，所述JTAG下载器为XILINX公司的JTAG下载器，所述程序存储器为非易失性存储器。
与现有技术相比，本发明所述的一种对FPGA和DSP目标程序的烧写和启动方法及对应的设备，在硬件上，设计在一片存储芯片同时存储FPGA目标程序和DSP目标程序，降低硬件设计复杂度，减小了硬件设计成本；在目标程序烧写过程中，只需要通过FPGA下载器烧写一个.mcs文件即可，简化车间批量生产时FPGA和DSP程序加载流程，操作方法极其简单。
附图说明
图1是本发明实施例所述的一种FPGA和DSP目标程序的烧写和启动的设备组成框图。
图2是本发明实施例所述的一种FPGA和DSP目标程序的烧写和启动的方法的步骤示意图。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
本发明主要是针对FPGA+DSP架构的信号处理板，在降低硬件设计的复杂度的同时，简化该架构两种处理芯片程序烧写流程，特别是第一次烧写两种处理芯片的程序，即此时芯片中无程序运行，不通过网口实现远程加载，实现方便快速的烧写。
如图1所示，图1为本发明实施例所述的一种FPGA和DSP程序烧写和启动的设备组成框图。
该设备包括上位机、JTAG下载器、程序存储器、FPGA芯片以及DSP芯片。在本实施例中，为方便说明，将程序存储器、FPGA芯片以及DSP芯片的组合统称为数字信号处理设备。其中，所述JTAG下载器一端连接所述上位机，另一端和FPGA芯片上的JTAG接口相连，所述FPGA芯片以及DSP芯片之间连接有总线和复位信号线，所述FPGA芯片和程序存储器间也通过总线连接。这样，上位机将通过JTAG下载器与数字信号处理设备中FPGA的JTAG接口连接，进而实现对FPGA和DSP程序的烧写和启动。JTAG（Joint Test Action Group）是一种国际标准测试协议，主要应用于芯片内部的测试及对系统进行仿真、调试，现在大多数高级器件都支持JTAG协议，如DSP/FPGA器件等，标准的JTAG接口是4线连接，分别为模式选择线（TMS）、时钟线（TCK）、数据输入线（TDL）、数据输出线（TDO）。JTAG的基本原理是在器件内部定义一个TAP（Test Access Port；测试访问口），通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。JTAG接口还常用于实现ISP（In-System Programmable在线编程），对FLASH等器件进行编程，可对PSD芯片内部的所有器件进行编程。
作为一个优选的实施方式，本发明中的FPGA芯片选用XILINX公司的XC5VLX110T FPGA，JTAG下载器选用XILINX公司的JTAG下载器，DSP芯片选用TI公司的TMS320F6416，程序存储器选用第三方专业配置芯片，且为非易失性存储器(Non-volatile Memory)，其特点是既能像ROM那样，在断电后依然保持数据不丢失，又能像RAM那样及时进行数据的擦写，常采用ROM、EPROM或Flash Memory等。
采用上述对目标程序烧写和启动的设备进行FPGA和DSP目标程序烧写和启动的基本操作过程如下：
将FPGA目标程序（.bit的文件格式）和DSP目标程序（.bin的文件格式）转换成.mcs的文件格式；再将FPGA的JTAG下载器分别与上位机终端和数字信号处理设备上FPGA的JTAG口相连，打开FPGA程序加载软件，通过XINLIX公司提供的烧写软件将生成的.mcs文件写入信号处理设备的存储器中，完成FPGA和DSP目标程序的烧写。
烧写完成之后，再进行FPGA目标程序和DSP目标程序的启动测试：先给所述数字信号处理设备重新上电或给出一个复位信号，当所述FPGA芯片成功运行后，其内部电路通过总线将所述DSP芯片与存储器直接连接起来，同时所述FPGA芯片通过复位信号线给DSP产生一个复位信号。
当所述DSP检测到复位信号后，重新加载程序，其通过程序加载口从存储器中读取DSP目标程序并运行，DSP程序加载采用ROM引导加载方式。
所述DSP加载完成之后，所述FPGA将检测DSP运行状态，若正常运行则加载完成，若检测到DSP运行状态异常，则产生复位信号，重新加载DSP程序，3次加载仍不成功后报错，并结束加载。
基于本发明的另一方面，如图1所示，还提供一种FPGA和DSP目标程序烧写和启动的方法，主要分目标程序的烧写和启动两个阶段，共分为4个步骤，其中步骤S1、S2对应目标程序的烧写，步骤S3、S4对应目标程序的启动。
烧写主要是对单片机（含嵌入式）/存储器(含BIOS)之类的芯片来说的，单片机在生产出来的时候其内部是没有程序的，如果要其实现某种功能，需要将相应的程序烤到单片机中，把可编程的集成电路写上数据，这个过程就叫做烧写。本发明中的目标程序的烧写主要包括以下步骤：
步骤S1，将DSP的目标程序文件.out转换成DSP可执行的二进制格式文件.bin。
步骤S2，将FPGA目标程序文件.bit和DSP目标程序文件.bin转换成一个.mcs文件，在转换过程中，FPGA目标程序的地址为存储器的首地址，DSP目标程序的地址可根据具体情况任意设置；然后再将FPGA的JTAG下载器分别与电脑和数字信号处理设备上FPGA的JTAG口相连，打开FPGA程序加载软件，通过XINLIX公司提供的烧写软件烧将生成的.mcs文件写入信号处理设备的存储器中，完成FPGA和DSP目标程序的烧写。
当完成FPGA和DSP目标程序的烧写之后，开始目标程序的启动过程，主要是检测并调试程序是否可用。本发明中的目标程序的启动主要包括以下步骤：
步骤S3，加载完成之后，给数字信号处理设备重新上电或复位；在FPGA检测到复位信号后，FPGA将自动从程序存储器中读取FPGA程序代码并运行，完成FPGA的加载。
步骤S4，当FPGA成功运行后，其内部通过总线将DSP与存储器直接连接，同时FPGA通过复位信号线给DSP产生复位信号；当DSP检测到复位信号后，重新加载程序，其通过程序加载口从存储器中读取DSP目标程序并运行，DSP程序加载采用ROM引导加载方式，实现DSP的程序加载。
当DSP加载完成之后，FPGA检测DSP运行状态，若正常运行则加载完成，若DSP运行状态异常，则产生复位信号，重新加载DSP程序，3次或3次以上加载仍不成功后报错并结束加载，加载的次数可以根据实际情况设置。
与现有技术相比，本发明所述的一种FPGA和DSP程序烧写和启动的方法及对应的设备，在硬件上，在一片存储芯片上同时存储FPGA目标程序和DSP目标程序，降低硬件设计复杂度，减小了硬件设计成本；在目标程序烧写过程中，只需要通过FPGA下载器烧写一个.mcs文件即可，简化车间批量生产时FPGA和DSP程序加载流程，操作方法简单。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种FPGA和DSP目标程序的烧写和启动的方法，其特征在于包括如下步骤：
S1，将DSP目标程序文件转换成FPGA目标程序文件可执行的文件格式；
S2，将FPGA目标程序和转换后的DSP目标程序转换成一个文件并烧写到目标板上的存储器的不同地址段，一次性完成两种处理器目标程序的烧写；
S3，将设备重新上电或复位，FPGA自动从程序存储器中相应的地址读取FPGA程序代码并运行，完成FPGA加载；
S4，将DSP外部的程序加载接口与程序存储器连接，同时FPGA给DSP一个复位信号，此时DSP自动从程序存储器对应的地址中读取DSP程序代码并运行，完成DSP加载。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
S5，当DSP的加载完成之后，FPGA将检测DSP的运行状态，若正常运行则表明加载完成，若DSP运行状态异常，则再产生复位信号，重新加载DSP程序，当加载的次数不少于3次，加载仍不成功，将报错并结束加载程序。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，烧写到所述目标板上的所述FPGA目标程序的地址为存储器的首地址，所述DSP目标程序的地址根据具体情况任意设置。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，当FPGA给DSP一个复位信号后，DSP程序的加载运行采用ROM引导的加载方式。
5.一种FPGA和DSP程序烧写和启动设备，其特征在于，包括：上位机、JTAG下载器、程序存储器、FPGA芯片以及DSP芯片，其中，所述JTAG下载器分别连接所述上位机和和FPGA芯片，所述FPGA芯片以及DSP芯片之间通过总线和复位信号线连接，所述FPGA芯片和程序存储器之间也通过总线连接。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述FPGA芯片为XILINX公司的XC5VLX110T型号，所述DSP芯片为TI公司的TMS320F6416，所述JTAG下载器为XILINX公司的JTAG下载器，所述程序存储器为非易失性存储器。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |