CN104063257B - 一种fpga自动加载系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种FPGA的自动加载系统及方法，具体涉及一种Nor flash的多个FPGA加载方式。其采用的Nor flash和TCP/IP网络技术，实现了基站内部多个FPGA代码的自动加载。该方法包括通过网络从服务器将多个FPGA代码下载到基站设备的Norflash指定存储位置；基站再次启动时，通过CPLD逻辑控制一个或多个FPGA的加载流程，从Nor flash指定的存储位置读取FPGA image配置文件，进入加载过程。此方法可以在运营商机房实现基站设备内部不同FPGA的自动加载，可以在任何时间、无需线缆的实现FPGA代码正确、快速、高效加载。

Description

一种FPGA自动加载系统及方法

技术领域

本发明涉及一种FPGA自动加载系统及方法，具体涉及一种Nor flash(非易失闪存)的多个FPGA(现场可编程门阵列)加载方式。

背景技术

随着无线通信数据量的不断增大，FPGA在基站类产品中有很大的作用，特别是越来越复杂的数据处理，所以FPGA代码加载和升级的方便性需求会变得越来越明显。

以往的FPGA程序的调试及加载，均采用各FPGA厂商推出的专用下载器，采用下载器不但价格昂贵，而且对使用环境要求高，在带电在线调试过程中极易损坏。下载程序时需要在本地将PC(个人计算机)通过USB(通用串行总线)下载线缆与FPGA相连接，一旦产品装配好后，在修改和升级FPGA程序，其加载过程会很麻烦，需在本地拆卸包装后连接下载线才能实现程序的更新；但是此过程操作不灵活且效率低下，尤其在新型基站设备的升级中弊端更为突出。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明利用基站设备都具备的网口，采用Nor flash和TCP/IP(传输控制协议/因特网互联协议)网络技术，通过CPLD(复杂可编程逻辑器件)逻辑实现FPGA代码的正确、快速、高效加载，可以更加灵活的实现远程基站设备的FPGA代码加载。

要解决的技术问题：

在基站设备中，利用下载器加载FPGA不方便、不灵活、效率低，而且无法实现远程加载，多个FPGA需要多个接口、多次下载，本发明的目的在于采用Nor flash和TCP/IP网络技术，可以更加灵活的实现远程基站设备的FPGA代码正确、快速、高效加载。

解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种FPGA的自动加载系统，包括Nor flash、CPLD、POWERPC、FPGA；Nor flash与CPLD双向数据连接，CPLD与POWERPC双向数据连接；CPLD与FPGA双向数据连接，POWERPC与以太网口双向数据连接。

一种基于上述系统的FPGA的自动加载方法，采用Nor flash和TCP/IP网络技术，PowerPC通过CPLD逻辑实现基站内部多个FPGA代码自动加载；

包括通过网络将FPGA代码写入Norflash和通过CPLD实现FPGA的自动加载两个过程；从设备服务器将多个FPGA代码下载到基站设备的Norflash指定存储位置；基站再次启动时，POWERPC通过CPLD从Nor flash指定的存储位置读取FPGA image配置文件，进入加载过程。

具体包括以下步骤，

步骤1、将需要重新加载的FPGA image文件存储在服务器上；

步骤2、通过TCP/IP网络技术将需要升级的FPGA image文件发送到指定IP地址设备，设备中的POWERPC通过报文中IP地址判断是否为送到本机数据，如果符合则接收数据，POWERPC接收到数据后将擦除Nor flash相关存储位置，并将收到的配置文件写入Norflash指定存储位置；

步骤3、在设备启动过程中，POWERPC通过CPLD控制多片FPGA的加载进程，从Norflash指定的存储位置读取需要加载FPGA image配置文件；

步骤4、CPLD首先将FPGA的PROG_B管脚拉低，启动配置过程；当PROG_B拉低，FPGA开始清除自身内部RAM，在这个过程中FPGA把INIT_B引脚配低，当RAM清除完成后，INIT_B引脚变高；CPLD将INIT_B引脚作为输入监测，当该引脚变为高电平后，CPLD就将所要配置的image文件送至FPGA的DIN引脚，同时将相应的时钟CCLK送至FPGA；在这个过程中CPLD监测FPGA的DONE引脚，如果DONE引脚变为高电平，则说明FPGA加载成功，如果DONE为低电平，则重复步骤3和本步骤4，直至本片FPGA加载成功；

步骤5、POWERPC进程管理检查是否还有FPGA需要加载，如果有，则重复步骤3和步骤4；

步骤6、无FPGA需要加载，则所有的FPGA都加载完成。

与现有技术相比，本发明的显著优点在于：

1)采用基站设备必备的网口作为FPGA代码的传输口，通过成熟的TCP/IP网络技术，实现代码正确快速的下载到目的设备端，提高了数据传输的可靠性；

2)采用CPLD复杂可编程逻辑器件处理FPGA代码的自动加载逻辑，实现简单、不占用其他资源；功能逻辑简单易实施，提高了加载过程的逻辑可靠性；

3)不依赖与各个厂家的FPGA下载线缆，可以实现任何时间、任何地点对基站设备的FPGA代码更新；

4）采用非易失存储器Nor flash，其接口简单，可以很容易地存取其内部的每一个字节；其读取速度非常快，可以有效的减少基站的启动时间；

5）PowerPC控制Nor flash的擦除、读、写等操作，实现多版本、多数量FPGA代码的存储。

附图说明

附图1为本发明的系统实现框图，图中LBC指数据/地址复用总线，RJ45指网络接口（以太网口）。

附图2为本发明自动加载一个FPGA的流程框图。

附图3为本发明自动加载多个FPGA的流程框图。

具体实施方式

本发明采用Nor flash和TCP/IP网络技术，通过CPLD逻辑实现基站内部多个FPGA代码自动加载，包括通过网络将FPGA代码写入Norflash和通过CPLD实现FPGA的自动加载两个过程。这样可以在运营商机房实现基站设备内部不同FPGA的代码升级和自动加载，可以在任何时间、无需线缆的实现FPGA代码正确、快速、高效加载。

从设备服务器将多个FPGA代码下载到基站设备的Norflash指定存储位置；基站再次启动时，POWERPC(性能优化的增强型精简指令集中央处理器)可以通过CPLD从Nor flash指定的存储位置读取FPGA image配置文件，进入加载过程。

设备的FPGA代码需要升级时，主机会通过TCP/IP技术向指定IP地址设备传送数据，设备中的POWERPC通过报文中IP地址判断是否为送到本机数据，如果符合则接收数据，并将数据存储在Nor flash指定存储位置；当然，传送的数据也不仅限于FPGA代码，也可以是系统引导文件等。

在设备启动过程中，POWERPC从Nor flash指定的存储位置读取FPGA image(镜像)配置文件。CPLD将FPGA的PROG_B管脚拉低，启动配置过程；当PROG_B拉低，FPGA开始清除自身内部RAM(随机存取存储器)，在这个过程中FPGA把INIT_B引脚配低，当RAM清除完成后，INIT_B引脚变高；CPLD将INIT_B引脚作为输入监测，当该引脚变为高电平后，CPLD就将所要配置的image文件送至FPGA的DIN引脚，同时将相应的时钟CCLK送至FPGA；在这个过程中CPLD监测FPGA的DONE引脚，如果DONE引脚变为高电平，则说明FPGA加载成功，如果DONE为低电平，则重复上面的步骤，直至FPGA加载成功。

具体步骤如下：

步骤1.将需要重新加载的FPGA image文件存储在服务器上。

步骤2.通过TCP/IP网络技术将需要升级的FPGA image文件发送到指定IP地址设备，设备中的POWERPC(性能优化的增强型精简指令集中央处理器)通过报文中IP地址判断是否为送到本机数据，如果符合则接收数据，POWERPC接收到数据后将擦除Nor flash相关存储位置，并将收到的配置文件写入Nor flash指定存储位置。

步骤3.在设备启动过程中，POWERPC通过CPLD控制多片FPGA的加载进程，从Norflash指定的存储位置读取需要加载FPGA image配置文件。

步骤4.CPLD首先将FPGA的PROG_B管脚拉低，启动配置过程；当PROG_B拉低，FPGA开始清除自身内部RAM，在这个过程中FPGA把INIT_B引脚配低，当RAM清除完成后，INIT_B引脚变高；CPLD将INIT_B引脚作为输入监测，当该引脚变为高电平后，CPLD就将所要配置的image文件送至FPGA的DIN引脚，同时将相应的时钟CCLK送至FPGA；在这个过程中CPLD监测FPGA的DONE引脚，如果DONE引脚变为高电平，则说明FPGA加载成功，如果DONE为低电平，则重复上面的步骤，直至本片FPGA加载成功。

步骤5.POWERPC进程管理会检查是否还有FPGA需要加载，如果有，则重复步骤3和步骤4。

步骤6.无FPGA需要加载，则所有的FPGA都加载完成。

本方法采用Nor flash和TCP/IP网络技术，通过CPLD逻辑实现FPGA代码自动加载。

Claims (1)

1.一种FPGA的自动加载系统，其特征在于：包括Nor flash、CPLD、POWERPC、FPGA；Norflash与CPLD双向数据连接，CPLD与POWERPC双向数据连接；CPLD与FPGA双向数据连接，POWERPC与以太网口双向数据连接；

采用Nor flash和TCP/IP网络技术，PowerPC通过CPLD逻辑实现基站内部多个FPGA代码自动加载；

包括通过网络将FPGA代码写入Norflash和通过CPLD实现FPGA的自动加载两个过程；从设备服务器将多个FPGA代码下载到基站设备的Norflash指定存储位置；基站再次启动时，POWERPC通过CPLD从Nor flash指定的存储位置读取FPGAimage配置文件，进入加载过程；

所述加载过程包括以下步骤：

步骤1、将需要重新加载的FPGA image文件存储在服务器上；

步骤2、通过TCP/IP网络技术将需要升级的FPGA image文件发送到指定IP地址设备，设备中的POWERPC通过报文中IP地址判断是否为送到本机数据，如果符合则接收数据，POWERPC接收到数据后擦除Nor flash相关存储位置，并将收到的配置文件写入Nor flash指定存储位置；

步骤3、在设备启动过程中，POWERPC通过CPLD控制多片FPGA的加载进程，从Nor flash指定的存储位置读取需要加载FPGA image配置文件；

步骤4、CPLD首先将FPGA的PROG_B管脚拉低，启动配置过程；当PROG_B拉低，FPGA开始清除自身内部RAM，在这个过程中FPGA把INIT_B引脚配低，当RAM清除完成后，INIT_B引脚变高；CPLD将INIT_B引脚作为输入监测，当该引脚变为高电平后，CPLD就将所要配置的image文件送至FPGA的DIN引脚，同时将相应的时钟CCLK送至FPGA；在这个过程中CPLD监测FPGA的DONE引脚，如果DONE引脚变为高电平，则说明FPGA加载成功，如果DONE为低电平，则重复步骤3和本步骤4，直至本片FPGA加载成功；

步骤5、POWERPC进程管理检查是否还有FPGA需要加载，如果有，则重复步骤3和步骤4；

步骤6、无FPGA需要加载，则所有的FPGA都加载完成。