CN104484238B - 一种用于sram型fpga配置刷新的crc校验方法 - Google Patents
一种用于sram型fpga配置刷新的crc校验方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于SRAM型FPGA配置刷新的CRC校验方法，通过对SRAM型FPGA配置文件格式、存储形式和故障模式的研究，采用对SRAM型FPGA回读配置帧实时计算与PROM内预先存储的CRC校验码比对的方式，提出并实现了一种用于SRAM型FPGA配置刷新的CRC校验方法。本发明方法采用CRC校验码的形式，实现了FPGA配置信息校验的器件无关性，同时设置了使能标志和获取标志，实现了不同速率、大数据量校验的应用需求，在回读过程中实时完成回读数据的CRC校验，达到了节省存储资源与处理时间的目的。另外本发明方法使用的基于查表的字节型CRC算法，进行资源独立划分和管理，快速高效，提升了运算速度和工作频率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于SRAM型FPGA配置刷新的CRC校验方法，特别是一种在有限逻辑资源条件下，对SRAM型FPGA配置文件快速回读并实时校验计算生成的CRC码的方法。
背景技术
航天飞行试验器搭载子系统SoC中心控制单元中SOC为国内首次尝试在空间飞行器控制计算机中使用SRAM型FPGA，由于SRAM型FPGA易受单粒子效应影响产生错误，对可靠性有较高要求的宇航应用须进行配置文件动态刷新及回读检错，使得SRAM型FPGA回读校验技术为其中关键和新技术之一，全文回读比对需要耗费大量存储空间，不适于软硬件资源受限的宇航任务应用。同时，由于FPGA内部固有检错资源的实现方式未公开，故而使用固有检错资源的可靠性、安全性很难验证。FPGA配置的成败决定SOC系统能否正常工作，因此确保配置数据校验决策的校验编码设计技术至关重要。CRC的检错能力极强，开销小，容易实现，综合考虑远远优于奇偶校验及算术和校验等方式，已经广泛的应用在网络通信、无线通信、图像传输、数据转换等很多领域。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，通过对SRAM型FPGA配置文件格式、存储形式和故障模式的研究，对SRAM型FPGA回读配置帧实时计算并与PROM内预先存储的CRC校验码进行比对，提供了一种用于SRAM型FPGA配置刷新的CRC校验方法。
本发明的技术解决方案是：一种用于SRAM型FPGA配置刷新的CRC校验方法，包括如下步骤：
(1)将PROM中CLB配置数据、BRAM数据一次性加载至SRAM型FPGA；所述CLB配置数据为控制SRAM型FPGA中电路通断的数据；所述BRAM数据为SRAM型FPGA中初始化寄存器的数据；
(2)再次读取PROM中的CLB配置数据加载到SRAM型FPGA中；
(3)回读SRAM型FPGA中当前的CLB配置数据后根据配置帧划分的数据长度进行配置帧划分并进行帧号计数；
(4)根据帧号依次计算配置帧的CRC校验码；
(5)在每一配置帧的CRC校验码计算完成后，依据该配置帧的帧号从PROM中的FPGA配置文件数据中搜索对应配置帧的CRC校验码，并进行比对；所述FPGA配置文件数据包括CLB配置数据、BRAM数据、配置帧划分的数据长度、配置帧划分的帧号和对应CRC校验码；
(6)如果比对错误，则转入步骤(1)，如果正确，转入步骤(7)；
(7)判断当前配置帧是否为当前CLB数据的最后一帧，如果是最后一帧，则配置刷新CRC校验过程完成，否则转到步骤(4)计算下一配置帧的CRC校验码。
所述步骤(4)中计算配置帧的CRC校验码的方法包括如下步骤：
(41)依次回读当前配置帧中字节数据crc_data_i(7：0)并逆序赋值给in_bit(0：7)；
(42)设置16位的CRC校验缓存寄存器crc_temp，当上电复位或CRC功能禁止时，16位的CRC校验缓存寄存器crc_temp设置为X"FFFF"；
(43)将crc_temp(15)与in_bit(7)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(7)，将crc_temp(14)与in_bit(6)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(6)，将crc_temp(13)与in_bit(5)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(5)，将crc_temp(12)与in_bit(4)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(4)，将crc_temp(15)、in_bit(7)、crc_temp(11)、in_bit(3)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(3)，将crc_temp(14)、in_bit(6)、crc_temp(10)、in_bit(2)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(2)，将crc_temp(13)、in_bit(5)、crc_temp(9)、in_bit(1)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(1)将crc_temp(12)、in_bit(4)、crc_temp(8)、in_bit(0)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(0)；所述crc_next为CRC迁移状态寄存器，crc_next(j)表示迁移状态寄存器crc_next的第j位的值，j＝0,1,2,3,,,7；所述crc_temp(k)表示校验缓存寄存器crc_temp的第k位的值，k＝0,1,2,3,,,15；所述in_bit(j)代表数据in_bit(0：7)的第j位的值，j＝0,1,2,3,,,7；
(44)设置CRC掩码参数寄存器T1-T8，判断如果crc_next(7)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T1赋值为X"1080"，否则赋值为X"0000"，如果crc_next(6)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T2赋值为X"0840"，否则赋值为X"0000"，如果crc_next(5)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T3赋值为X"0420"，否则赋值为X"0000"，如果crc_next(4)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T4赋值为X"0210"，否则赋值为X"0000"，如果crc_next(3)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T5赋值为X"8108"，否则赋值为X"0000"，如果crc_next(2)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T6赋值为X"4084"，否则赋值为X"0000"，如果若crc_next(1)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T7赋值为X"2042"，否则赋值为X"0000"，如果crc_next(0)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T8赋值为X"1021"，否则赋值为X"0000"；
(45)将CRC掩码参数寄存器T1-T8进行按位异或运算，并将得到的十六位运算结果赋值给crc_xor；
(46)将校验缓存寄存器crc_temp左移八位，与crc_xor进行按位异或运算，并将运算结果赋值给检验缓存寄存器crc_temp；
(47)将crc_temp(15：8)按位取反，然后逆序输出给crc_data_o(8：15)，将crc_temp(7：0)按位取反，然后逆序输出给crc_data_o(0：7)，最后将crc_data_o作为校验结果输出。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明方法采用CRC校验码的形式，实现了FPGA配置信息校验的器件无关性，使得内部不具备检错资源的FPGA以及定制的ASIC也能实现对配置文件的检错；
(2)本发明方法设置了使能标志和获取标志，具备多周期等待能力，实现不同速率、大数据量校验的应用需求，在配置帧回读过程中实时完成回读数据的CRC校验，实现了校验过程和回读过程的融合，避免了回读数据的存储造成的存储空间浪费以及分为回读及校验两个步骤处理造成的时间上的浪费，达到了节省存储资源与处理时间的目的；
(3)CRC传统的长除算法迭代过程繁琐，计算过程中产生的临时缓存数据量较大，适合在微处理器中实现，但在FPGA中实现，伴随复杂度上升带来的负面影响是时钟主频和可靠性的下降，本发明使用查表的字节型算法，进行资源独立划分和管理，快速高效，简化了计算过程，利于可编程逻辑实现，提升了运算速度和工作频率。
附图说明
图1为本发明SRAM型FPGA中配置刷新CRC校验方法流程图。
具体实施方式
本发明通过对SRAM型FPGA配置文件格式、存储形式和故障模式的研究，结合航天飞行试验器的任务特点，采用对SRAM型FPGA回读配置帧实时计算与PROM内预先存储的CRC校验码比对的方式，提出并实现了一种用于SRAM型FPGA配置刷新的CRC校验方法。
本发明一种用于SRAM型FPGA配置刷新的CRC校验方法，尤其适用于有限逻辑资源限制条件下，对SRAM型FPGA置文件快速回读，并将回读数据实时校验计算生成CRC码进行比对的反熔丝FPGA及ASIC设计。
通过回读SRAM型FPGA配置帧文件；对读取得到的配置帧信息，利用本发明中介绍的CRC算法生成对应的校验码，然后与在PROM内存储的原始CRC校验信息进行比对，确认回读配置帧是否正确，如果错误则说明SRAM型FPGA发生SET错误，重新对SRAM型FPGA进行配置。
本发明具体实现步骤如下：
(1)上电配置，将PROM中CLB配置数据以及BRAM数据加载至SRAM型FPGA，其中CLB配置数据为SRAM型FPGA中控制电路通断的数据，BRAM数据为SRAM型FPGA中初始化寄存器的数据。
(2)上电配置完成后开始刷新SRAM型FPGA，读取PROM中的CLB配置数据，加载到SRAM型FPGA中，保持SRAM型FPGA中电路配置正确；
(3)当启动刷新回读过程的配置数据校验比对时，回读SRAM型FPGA中CLB当前状态的配置数据，然后回读得到的CLB数据进行配置帧划分并进行帧号计数；
(4)计算当前回读的配置帧的CRC校验码；
(5)在每一配置帧的CRC校验码计算完成后，依据当前配置帧的帧号，从PROM中FPGA配置文件数据中搜索对应帧的CRC校验码进行比对，其中FPGA配置文件数据包括CLB配置数据、BRAM数据、划分配置帧的数据长度、配置帧划分的帧号和CRC校验码；
(6)如果比对错误，则启动SRAM型FPGA重新配置，重新将PROM中CLB配置数据以及BRAM数据加载至SRAM型FPGA，回到步骤(1)，如果正确，进入步骤(7)；
(7)判断当前对比的配置帧是否为CLB数据的最后一帧，如果是最后一帧，则转到步骤(8)，否则转到步骤(4)计算下一配置帧的CRC校验码；
(8)完成一次用于SRAM型FPGA配置刷新的CRC校验过程，等待启动新的一次用于SRAM型FPGA配置刷新的CRC校验时刻。
对于步骤4)中所设计的CRC算法，满足CRC-16-CCITT标准。
4.1)回读SRAM型FPGA中CLB当前状态的配置数据，然后回读得到的CLB数据进行配置帧划分并进行帧号计数后，回读当前配置帧中当前字节数据crc_data_i(7：0)逆序赋值给in_bit(0：7)，其中crc_data_i(7：0)表示当前配置帧中的八位当前字节数据，in_bit(j)表示in_bit(0：7)的第j位的值,j＝0,1,2,3,,,7；
4.2)定义16位的CRC校验缓存寄存器crc_temp，并在上电复位期间以及CRC功能禁止期间设置寄存器值为X"FFFF"；
4.3)定义CRC迁移状态寄存器crc_next。crc_temp(15)与in_bit(7)取异或赋值给crc_next(7)；crc_temp(14)与in_bit(6)取异或赋值给crc_next(6)；crc_temp(13)与in_bit(5)取异或赋值给crc_next(5)；crc_temp(12)与in_bit(4)取异或赋值给crc_next(4)；crc_temp(15)、in_bit(7)、crc_temp(11)、in_bit(3)取异或赋值给crc_next(3)；crc_temp(14)、in_bit(6)、crc_temp(10)、in_bit(2)取异或赋值给crc_next(2)；crc_temp(13)、in_bit(5)、crc_temp(9)、in_bit(1)取异或赋值给crc_next(1)；crc_temp(12)、in_bit(4)、crc_temp(8)、in_bit(0)取异或赋值给crc_next(0)；其中，crc_next(j)表示迁移状态寄存器crc_next的第j位的值，j＝0,1,2,3,,,7，crc_temp(k)表示检验缓存寄存器crc_temp的第k位的值，k＝0,1,2,3,,,15；
4.4)定义T1至T8为CRC掩码参数寄存器，T1至T8需依据一定规则完成参数选择，具体规则如下表示：若crc_next(7)＝'1'则T1赋值为X"1080"，否则赋值为X"0000"；若crc_next(6)＝'1'则T2赋值为X"0840"，否则赋值为X"0000"；若crc_next(5)＝'1'则T3赋值为X"0420"，否则赋值为X"0000"；若crc_next(4)＝'1'则T4赋值为X"0210"，否则赋值为X"0000"；若crc_next(3)＝'1'则T5赋值为X"8108"，否则赋值为X"0000"；若crc_next(2)＝'1'则T6赋值为X"4084"，否则赋值为X"0000"；若crc_next(1)＝'1'则T7赋值为X"2042"，否则赋值为X"0000"；若crc_next(0)＝'1'则T8赋值为X"1021"，否则赋值为X"0000"；
4.5)T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8按位取异或后，将结果赋值给crc_xor，其中T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8按位取异或是将T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8的第k位进行异或运算，并将运算结果赋值给crc_xor的第k位，k＝0,1,2,,,15。
4.6)当使能标志crc_valid_i为'1'使能时，在每一个数据时钟上升沿检测数据有效标志data_valid_i，如果data_valid_i为'1'，则开始校验流程，将检验缓存寄存器crc_temp左移8位，与crc_xor取异或，将运算结果赋值给检验缓存寄存器crc_temp。
4.7)将crc_temp(15：8)按位取反，然后逆序输出给crc_data_o(8：15)，将crc_temp(7：0)按位取反后，逆序输出给crc_data_o(0：7)，将crc_data_o作为校验结果输出。
图1所示为本发明方法原理示意图。对回读得到的FPGA配置帧进行CRC计算并与预先存储在PROM中的CRC校验信息进行比对就能判断当前帧是否出错。如出错，则证明SRAM型FPGA发生了SET错误，需重新进行SRAM型FPGA的配置，之后依次启动刷新流程，定时进行配置文件的定时刷新及SRAM型FPGA中配置信息的回读及CRC校验计算及比对。图1中从开始到结束的一个流程为一次定时刷新过程中的回读及CRC校验比对流程，在整个SRAM型FPGA的工作周期中，依定时器控制，定时进行动态刷新、回读及CRC校验比对。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (1)
1.一种用于SRAM型FPGA配置刷新的CRC校验方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将PROM中CLB配置数据、BRAM数据一次性加载至SRAM型FPGA；所述CLB配置数据为控制SRAM型FPGA中电路通断的数据；所述BRAM数据为SRAM型FPGA中初始化寄存器的数据；
(2)再次读取PROM中的CLB配置数据加载到SRAM型FPGA中；
(3)回读SRAM型FPGA中当前的CLB配置数据后根据配置帧划分的数据长度进行配置帧划分并进行帧号计数；
(4)根据帧号依次计算配置帧的CRC校验码；所述的计算配置帧的CRC校验码的方法为：
(41)依次回读当前配置帧中字节数据crc_data_i(7：0)并逆序赋值给in_bit(0：7)；
(42)设置16位的CRC校验缓存寄存器crc_temp，当上电复位或CRC功能禁止时，16位的CRC校验缓存寄存器crc_temp设置为X"FFFF"；
(43)将crc_temp(15)与in_bit(7)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(7)，将crc_temp(14)与in_bit(6)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(6)，将crc_temp(13)与in_bit(5)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(5)，将crc_temp(12)与in_bit(4)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(4)，将crc_temp(15)、in_bit(7)、crc_temp(11)、in_bit(3)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(3)，将crc_temp(14)、in_bit(6)、crc_temp(10)、in_bit(2)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(2)，将crc_temp(13)、in_bit(5)、crc_temp(9)、in_bit(1)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(1)将crc_temp(12)、in_bit(4)、crc_temp(8)、in_bit(0)进行异或运算并将运算结果赋给crc_next(0)；所述crc_next为CRC迁移状态寄存器，crc_next(j)表示迁移状态寄存器crc_next的第j位的值，j＝0,1,2,3,,,7；所述crc_temp(k)表示校验缓存寄存器crc_temp的第k位的值，k＝0,1,2,3,,,15；所述in_bit(j)代表数据in_bit(0：7)的第j位的值，j＝0,1,2,3,,,7；
(44)设置CRC掩码参数寄存器T1-T8，判断如果crc_next(7)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T1赋值为X"1080"，否则赋值为X"0000"，如果crc_next(6)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T2赋值为X"0840"，否则赋值为X"0000"，如果crc_next(5)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T3赋值为X"0420"，否则赋值为X"0000"，如果crc_next(4)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T4赋值为X"0210"，否则赋值为X"0000"，如果crc_next(3)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T5赋值为X"8108"，否则赋值为X"0000"，如果crc_next(2)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T6赋值为X"4084"，否则赋值为X"0000"，如果若crc_next(1)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T7赋值为X"2042"，否则赋值为X"0000"，如果crc_next(0)＝'1'，则CRC掩码参数寄存器T8赋值为X"1021"，否则赋值为X"0000"；
(45)将CRC掩码参数寄存器T1-T8进行按位异或运算，并将得到的十六位运算结果赋值给crc_xor；
(46)将校验缓存寄存器crc_temp左移八位，与crc_xor进行按位异或运算，并将运算结果赋值给检验缓存寄存器crc_temp；
(47)将crc_temp(15：8)按位取反，然后逆序输出给crc_data_o(8：15)，将crc_temp(7：0)按位取反，然后逆序输出给crc_data_o(0：7)，最后将crc_data_o作为校验结果输出；
(5)在每一配置帧的CRC校验码计算完成后，依据该配置帧的帧号从PROM中的FPGA配置文件数据中搜索对应配置帧的CRC校验码，并进行比对；所述FPGA配置文件数据包括CLB配置数据、BRAM数据、配置帧划分的数据长度、配置帧划分的帧号和对应CRC校验码；
(6)如果比对错误，则转入步骤(1)，如果正确，转入步骤(7)；
(7)判断当前配置帧是否为当前CLB数据的最后一帧，如果是最后一帧，则配置刷新CRC校验过程完成，否则转到步骤(4)计算下一配置帧的CRC校验码。
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