CN104199756A - 一种fpga多重自动配置装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种FPGA多重自动配置装置及其方法，包括主控FPGA单元、配置接口单元、供电单元、FLASH单元和控制端口单元；所述主控FPGA单元通过USB控制器与PC机相连，所述配置接口单元与DUT测试子板连接，所述供电单元为所述FPGA多重自动配置装置中每个单元提供电源；所述FLASH单元、所述控制端口单元分别与所述主控FPGA单元相连，所述FLASH单元用于存储被测FPGA的测试程序，所述控制端口单元用于控制FPGA多重自动配置装置的工作模式。因此，本发明所述的FPGA多重自动配置装置及其方法能够明显提高对FPGA测试的效率和可靠性，并极大地提升了配置板的通用性。

Description

一种FPGA多重自动配置装置及其方法

技术领域

本发明涉及电路系统领域，特别是指一种FPGA多重自动配置装置及其方法。

背景技术

FPGA被广泛应用于航天、航空、通信等各大领域。作为各数字系统的主控制器，FPGA器件的质量直接影响着系统的质量和稳定性。对FPGA器件的测试对于保证器件质量，保障系统的功能实现与稳定，为航天航空等重大产业保驾护航具有重大意义。

FPGA器件的测试向来是元器件测试中的难点。FPGA的集成度高，内部资源丰富，若要实现FPGA器件测试的高覆盖性，一般需要采用“分治法”，即分别针对FPGA的不同资源编写测试代码，分多次测试，因此测试过程需要连续多次配置，不可避免的需要采用FPGA的重配置技术。然而，目前高端的数字集成电路测试设备V93000和J750等的硬件系统和控制软件一般不具备FPGA程序的下载控制功能，这些设备很难直接用于FPGA的测试。目前，行业内采用的方案为：设计DUT专用配置板与ATE共同完成FPGA的测试程序下载和测试工作。

行业内的FPGA测试配置板普遍采用“CPLD+多片PROM”的形式实现。这种配置形式可以根据DUT的测试代码个数灵活的控制PROM的数量，由测试控制软件实现对器件的上电和下电，同时切换PROM配置DUT，从而使V93000和J750等不具备测试FPGA测试能力的ATE可以应用于FPGA器件的测试。但是，这种方式存在很大的弊端：

1.通用性差。在使用这种配置形式开发新型号的DUT测试程序和测试新型号DUT时，往往需要依次更换多个PROM中的测试代码，工作量较大。各种FPGA的封装和供电电源都各有差异，因此这种配置形式不能很好的通用于各种FPGA型号。为了满足配置板的可靠性，往往需要固化配置板的状态，因而每个型号的DUT都要配备一块配置板，这不但造成了成本的极大浪费，而且延长了测试程序的开发周期。

2.配置过程不够灵活。这种配置形式下，重配置过程只能由断电和重新上电启动和结束。多次上下电的过程不但导致测试程序复杂，测试时间较长，而且容易导致器件损坏。配置程序的选取通过外置的开关控制，这就造成了测试的不连续，延长了测试时间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种FPGA多重自动配置装置及其方法，能够明显提高对FPGA测试的效率和可靠性，并极大地提升了配置板的通用性。

基于上述目的本发明提供的FPGA多重自动配置装置，包括主控FPGA单元、配置接口单元、供电单元、FLASH单元和控制端口单元；所述主控FPGA单元通过USB控制器与PC机相连，所述配置接口单元与DUT测试子板连接，所述供电单元为所述FPGA多重自动配置装置中每个单元提供电源；所述FLASH单元、所述控制端口单元分别与所述主控FPGA单元相连，所述FLASH单元用于存储被测FPGA的测试程序，所述控制端口单元用于控制FPGA多重自动配置装置的工作模式。

可选地，所述供电单元中设计了电源隔离电路，用于保护系统；并且所述FPGA多重自动配置装置所需电源为+5V，所述供电单元中的电源转换模块将+5V转换为装置中各单元所需要的稳定的+3.3V、+2.5V、+1.2V电源。

可选地，所述控制端口单元能够使该FPGA多重自动配置装置处于调试和测试两个模式，其中调试模式仅限开发人员使用，在该模式下，可对系统进行擦除、记录、读取、校验等操作；测试模式用于DUT测试人员使用，在该模式下，系统中的数据处于写保护的状态，可有效的防止误操作。

进一步地，所述FPGA多重自动配置装置调试状态包括：

第一步，启动所述供电单元；

第二步，启动所述控制端口单元使所述FPGA多重自动配置装置进入调试状态；

第三步，擦除所述FLASH单元；

第四步，PC机通过所述主控FPGA单元将测试程序写入所述FLASH单元中；

第五步，测试程序完成写入所述FLASH单元后，退出所述FPGA多重自动配置装置的调试过程。

进一步地，当PC机通过所述主控FPGA单元将测试程序写入所述FLASH单元完成后，包括：

PC机对写入所述FLASH单元中的测试程序进行校验；

判断校验结果是否为正确，若校验结果为正确，则直接退出FPGA多重自动配置装置的调试过程；若校验结果为不正确，则需检查系统各部分电路和程序，并重新进行调试过程，直至校验结果正确。

进一步地，所述PC机对写入所述FLASH单元中的测试程序进行校验，PC机读取写入所述FLASH单元中的测试程序，然后与存储在PC机中的测试程序进行对比，检查是否一致；其中，全部一致则校验结果为正确，否则校验结果为不正确。

进一步地，所述FPGA多重自动配置装置测试状态包括：

第一步，启动所述供电单元；

第二步，启动所述控制端口单元，使所述FPGA多重自动配置装置进入测试状态；

第三步，所述配置接口单元判断外接DUT测试子板是否被通用测试设备上电，若为断电则直接进行第九步，若为有电则执行第四步；

第四步，通用测试设备通过所述配置接口单元将DUT测试子板的型号等信息发送给所述主控FPGA单元；

第五步，所述主控FPGA单元根据第四步中得到的信息在所述FLASH单元选择测试程序；

第六步，所述主控FPGA单元读取所述FLASH单元中选择的测试程序，并通过所述配置接口单元对DUT测试子板进行配置；

第七步，所述主控FPGA单元配置完DUT测试子板后，通用测试设备对DUT测试子板进行测试；

第八步，通用测试设备完成对DUT测试子板的测试，返回至第三步；

第九步，退出所述FPGA多重自动配置装置的测试过程。

进一步地，在所述FPGA多重自动配置装置的调试或测试过程中，所述控制端口单元在一开始启动一次就可启动FPGA多重自动配置装置进行调试或测试；或者是启动所述FPGA多重自动配置装置进行上面调试或测试过程，每当要进行下一步时都可通过手动所述控制端口单元来执行。

进一步地，所述FPGA多重自动配置装置还包括分别与所述主控FPGA单元和所述供电单元连接的状态显示单元，用于实时显示FPGA多重自动配置装置的工作状态。

进一步地，所述FPGA多重自动配置装置的调试或测试过程中，所述状态显示单元都会将执行的过程、DUT测试子板的信息显示出来。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种FPGA多重自动配置装置及其方法，通过主控FPGA单元通过USB控制器与PC机相连，配置接口单元与DUT测试子板连接，FLASH单元、控制端口单元分别与主控FPGA单元相连，FLASH单元用于存储被测FPGA的测试程序，控制端口单元用于控制FPGA多重自动配置装置的工作模式。从而，本发明所述的FPGA多重自动配置装置及其方法能够快速、自动完成FPGA配置过程，提高FPGA测试效率，此外本发明使得FPGA测试程序的开发过程省略了配置板制作的环节，极大地缩短了FPGA测试程序的开发周期。

附图说明

图1为本发明实施例FPGA多重自动配置装置的结构示意图；

图2为本发明实施例FPGA多重自动配置装置的调试方法流程示意图；

图3为本发明另一实施例FPGA多重自动配置装置的调试方法流程示意图；

图4为本发明实施例FPGA多重自动配置装置的测试方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

参阅图1所示，为本发明实施例FPGA多重自动配置装置的结构示意图。所述的FPGA多重自动配置装置包括主控FPGA单元101、配置接口单元102、供电单元103、FLASH单元104、控制端口单元105和状态显示单元106。

其中，主控FPGA单元101通过USB控制器与PC机相连。USB控制器为CYPRESS公司的CY7C68013A，通过编写对应的USB驱动程序和固件程序，实现主控FPGA单元101与PC之间的数据传输。较佳地，主控FPGA单元101是FPGA多重自动配置装置的控制核心，采用Xilinx公司的XC3S400。

所述FPGA多重自动配置装置与DUT测试子板相互独立，两者之间通过配置接口单元102采用统一的接口连接，而所述FPGA多重自动配置装置与通用测试设备之间没有直接的物理连接，利用DUT测试子板作为两者之间传递信息和控制信号的桥梁，这就使得系统具有很大的灵活性，不仅可以通用于各种FPGA型号，而且适用于各种测试设备。其中，DUT测试子板通过测试接口与通用测试设备连接。所述的通用测试设备可以为V93000和J750等等。优选地，配置接口单元102集成了串行、并行配置接口，测试设备控制信号通道，并预留了扩展口，实现了对DUT测试子板的两种配置方式，同时实现了FPGA多重自动配置装置与通用测试设备之间信号的传递。

供电单元103为所述FPGA多重自动配置装置中每个单元提供电源。较佳地，供电单元103中设计了电源隔离电路，用于保护系统。在实施例中，所述FPGA多重自动配置装置所需电源为+5V，供电单元103中的电源转换模块将+5V转换为装置中各元件所需要的稳定的+3.3V、+2.5V、+1.2V电源。

FLASH单元104、控制端口单元105和状态显示单元106分别与主控FPGA单元101相连。FLASH单元104用于存储被测FPGA的测试程序，系统可以采用了SAMSUNG公司的K9WBG08U1M。

较佳地，控制端口单元105是一组开关，用于控制FPGA多重自动配置装置的工作模式。控制端口单元105可以使FPGA多重自动配置装置处于调试和测试两个模式，其中调试模式仅限开发人员使用，在该模式下，可对系统进行擦除、记录、读取、校验等操作；测试模式用于DUT测试人员使用，在该模式下，系统中的数据处于写保护的状态，可有效的防止误操作。

较佳地，状态显示单元106主要采用液晶模块，用于显示当前被测FPGA器件的型号和当前配置的测试代码的编号，便于调试同时有利于测试代码的确认。另外，状态显示单元106还包括一组状态指示灯，用于实时显示FPGA多重自动配置装置的工作状态。

参阅图2所示，为本发明实施例FPGA多重自动配置装置的调试方法流程示意图。所述FPGA多重自动配置装置的调试方法包括步骤：

步骤201，启动供电单元103，为所述FPGA多重自动配置装置中的每个单元提供电能。

步骤202，启动控制端口单元105使所述FPGA多重自动配置装置进入调试状态。

步骤203，擦除FLASH单元104。

步骤204，PC机通过主控FPGA单元101将测试程序写入FLASH单元104中。

步骤205，测试程序完成写入FLASH单元104后，退出FPGA多重自动配置装置的调试过程。

在本发明的另一个实施例中，FPGA多重自动配置装置的调试的过程还可以是(如图3所示)：

步骤301，启动供电单元103，为所述FPGA多重自动配置装置中的每个单元提供电能。

步骤302，启动控制端口单元105使所述FPGA多重自动配置装置进入调试状态。

步骤303，擦除FLASH单元104。

步骤304，PC机通过主控FPGA单元101将测试程序写入FLASH单元104中。

步骤305，PC机对写入FLASH单元104中的测试程序进行校验。较佳地，PC机读取写入FLASH单元104中的测试程序，然后与存储在PC机中的测试程序进行对比，检查是否一致。其中，全部一致则校验结果为正确，否则校验结果为不正确。

步骤306，判断校验结果是否为正确，若校验结果为正确，则直接进行步骤308；若校验结果为不正确，则先进行步骤307，再执行步骤308。

步骤307，PC机将判断为不正确的测试程序重新通过主控FPGA单元101写入正确的到FLASH单元104中。较佳地，PC机可以分析错误数据特征，检查FPGA多重自动配置装置各部分的电路。优选地，步骤307可以首先擦除FLASH单元104中的错误程序，然后PC机将该部分正确的测试程序重新通过主控FPGA单元101写入到FLASH单元104中。

步骤308，退出FPGA多重自动配置装置的调试过程。

参阅图4所示，为本发明实施例FPGA多重自动配置装置的测试方法流程示意图，所述FPGA多重自动配置装置的测试方法包括步骤：

步骤401，启动供电单元103，为所述FPGA多重自动配置装置中的每个单元提供电能。

步骤402，启动控制端口单元105使所述FPGA多重自动配置装置进入测试状态。

步骤403，配置接口单元102判断外接DUT测试子板是否被通用测试设备上电，若为断电则直接进行409，若为有电则执行步骤404。

步骤404，通用测试设备将DUT测试子板的信息通过配置接口单元102发送给主控FPGA单元101。较佳地，信息包括其DUT测试子板的型号、测试代码编号等信息。

步骤405，主控FPGA单元101根据步骤404得到的信息在FLASH单元104选择测试程序。

步骤406，主控FPGA单元101读取FLASH单元104中选择的测试程序，并通过接口单元102对DUT测试子板进行配置。

步骤407，主控FPGA单元101配置完DUT后，通用测试设备对DUT测试子板进行测试。

步骤408，通用测试设备完成对DUT测试子板的测试，返回至步骤403。

步骤409，退出所述FPGA多重自动配置装置的测试过程。

优选地，在FPGA多重自动配置装置的调试或测试过程中，控制端口单元105在一开始启动一次就可以启动FPGA多重自动配置装置中每个单元部件按照上面的流程进行调试或测试。也可以是启动FPGA多重自动配置装置进行上面调试或测试过程，每当要进行下一步时都可通过手动控制端口单元105来执行。

另外，无论FPGA多重自动配置装置的调试或测试过程中，状态显示单元106都会将执行的过程显示出来，当然可以通过液晶屏以及指示灯进行呈现。

由此可以看出，本发明实现的FPGA多重自动配置装置及其方法，创造性的提出了FPGA在一次性多重配置下，可以自动实现多重的调试和测试；并且FPGA多重自动配置装置具有4GB的存储容量，一般FPGA器件的测试代码从几百KB到几MB不等，如果以平均1MB计算，每个FPGA器件的测试代码数量以15计算，则此配置装置可存储超过200个不同FPGA器件的测试程序，即所述FPGA多重自动配置装置可替代现有技术中配置方案下的200多个配置板，极大的节省了成本；而且，所述FPGA多重自动配置装置及其方法的实现使得FPGA测试程序的开发过程省略了配置板制作的环节，因此极大地缩短了FPGA测试程序的开发周期。与此同时，FPGA多重自动配置装置与通用测试设备之间具有“握手”通道，可响应测试设备的命令进而启动和停止配置过程，可实现与测试设备之间的默契配合，测试全过程仅由测试设备的控制软件控制，从而避免了大量的人为操作，进一步提高了测试可靠性，保证了测试数据的正确性；最后，整个所述的FPGA多重自动配置装置及其方法简便、紧凑，易于实现。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种FPGA多重自动配置装置，其特征在于，包括主控FPGA单元、配置接口单元、供电单元、FLASH单元和控制端口单元；所述主控FPGA单元通过USB控制器与PC机相连，所述配置接口单元与DUT测试子板连接，所述供电单元为所述FPGA多重自动配置装置中每个单元提供电源；

所述FLASH单元、所述控制端口单元分别与所述主控FPGA单元相连，所述FLASH单元用于存储被测FPGA的测试程序，所述控制端口单元用于控制FPGA多重自动配置装置的工作模式。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供电单元中设计了电源隔离电路，用于保护系统；并且所述FPGA多重自动配置装置所需电源为+5V，所述供电单元中的电源转换模块将+5V转换为装置中各单元所需要的稳定的+3.3V、+2.5V、+1.2V电源。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制端口单元能够使该FPGA多重自动配置装置处于调试和测试两个模式，其中调试模式仅限开发人员使用，在该模式下，可对系统进行擦除、记录、读取、校验操作；测试模式用于DUT测试人员使用，在该模式下，系统中的数据处于写保护的状态，可有效的防止误操作。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述FPGA多重自动配置装置调试状态包括：

第一步，启动所述供电单元；

第二步，启动所述控制端口单元使所述FPGA多重自动配置装置进入调试状态；

第三步，擦除所述FLASH单元；

第四步，PC机通过所述主控FPGA单元将测试程序写入所述FLASH单元中；

第五步，测试程序完成写入所述FLASH单元后，退出所述FPGA多重自动配置装置的调试过程。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，当PC机通过所述主控FPGA单元将测试程序写入所述FLASH单元完成后，包括：

PC机对写入所述FLASH单元中的测试程序进行校验；

判断校验结果是否为正确，若校验结果为正确，则直接退出FPGA多重自动配置装置的调试过程；若校验结果为不正确，则需检查系统各部分电路和程序，并重新进行调试过程，直至校验结果正确。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述PC机对写入所述FLASH单元中的测试程序进行校验，PC机读取写入所述FLASH单元中的测试程序，然后与存储在PC机中的测试程序进行对比，检查是否一致；其中，全部一致则校验结果为正确，否则校验结果为不正确。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述FPGA多重自动配置装置测试状态包括：

第一步，启动所述供电单元；

第二步，启动所述控制端口单元，使所述FPGA多重自动配置装置进入测试状态；

第三步，所述配置接口单元判断外接DUT测试子板是否被通用测试设备上电，若为断电则直接进行第九步，若为有电则执行第四步；

第四步，通用测试设备通过所述配置接口单元将DUT的型号等信息发送给所述主控FPGA单元；

第五步，所述主控FPGA单元根据第四步中得到的信息在所述FLASH单元选择测试程序；

第六步，所述主控FPGA单元读取所述FLASH单元中选择的测试程序，并通过所述配置接口单元对DUT测试子板进行配置；

第七步，所述主控FPGA单元配置完DUT测试子板后，通用测试设备对DUT测试子板进行测试；

第八步，通用测试设备完成对DUT测试子板的测试，返回至第三步；

第九步，退出所述FPGA多重自动配置装置的测试过程。

8.根据权利要求4或7所述的装置，其特征在于，在所述FPGA多重自动配置装置的调试或测试过程中，所述控制端口单元在一开始启动一次就可启动FPGA多重自动配置装置进行调试或测试；或者是启动所述FPGA多重自动配置装置进行上面调试或测试过程，每当要进行下一步时都可通过手动所述控制端口单元来执行。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述FPGA多重自动配置装置还包括分别与所述主控FPGA单元和所述供电单元连接的状态显示单元，用于实时显示FPGA多重自动配置装置的工作状态。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述FPGA多重自动配置装置的调试或测试过程中，所述状态显示单元都会将执行的过程、DUT测试子板的信息显示出来。