CN105527564B - Fpga内部功能自诊断方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种FPGA内部功能自诊断方法与系统,对FPGA的输入报文添加CRC校验和,对FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数FPGA的输出报文中CRC错误报文的数量,根据CRC错误报文的数量,并通过漏桶算法判断FPGA是否持续出现异常,当FPGA持续出现异常时,发出报警信号。整个过程中,采用CRC校验和漏桶算法,判断FPGA是否持续出现异常,当出现异常时发出告警信号,实现FPGA内部功能自诊断,有效提高FPGA的可靠性。

Description

FPGA内部功能自诊断方法与系统
技术领域
本发明涉及FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)技术领域,特别是涉及FPGA内部功能自诊断方法与系统。
背景技术
FPGA即现场可编程门阵列,其作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
目前FPGA在各行各业得到广泛应用,随着继电保护技术发展,FPGA开始在继电保护系统大规模应用。继电保护对设备的可靠性要求非常高,由于FPGA基于SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步动态随机存储器)架构,芯片的正常工作会收到外界干扰的影响,如何保证FPGA的可靠性成为一个关键问题。
目前更多的学者对FPGA主要研究如何提升其运行效率、处理能力以及二次开发等方面,对于如何实现FPGA内部功能自诊断,以提高其可靠性的方面目前尚无完整的技术方案。
发明内容
基于此,有必要针对目前尚无FPGA内部功能自诊断方案,以提高FPGA可靠性的问题,提供一种FPGA内部功能自诊断方法与系统,以提高FPGA的可靠性。
一种FPGA内部功能自诊断方法,包括步骤:
对所述FPGA的输入报文添加CRC(Cyclical Redundancy Check,循环冗余码)校验和,对所述FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数所述FPGA的输出报文中CRC错误报文的数量;
根据所述CRC错误报文的数量,并通过漏桶算法判断所述FPGA是否持续出现异常;
当所述FPGA持续出现异常时,发出报警信号。
一种FPGA内部功能自诊断系统,包括:
校验模块,用于对FPGA的输入报文添加CRC校验和,对所述FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数所述FPGA的输出报文中CRC错误报文的数量;
异常判断模块,用于根据所述CRC错误报文的数量,并通过漏桶算法判断所述FPGA是否持续出现异常;
处理模块,用于当所述FPGA持续出现异常时,发出报警信号。
本发明FPGA内部功能自诊断方法与系统,对FPGA的输入报文添加CRC校验和,对FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数FPGA的输出报文中CRC错误报文的数量,根据CRC错误报文的数量,并通过漏桶算法判断FPGA是否持续出现异常,当FPGA持续出现异常时,发出报警信号。整个过程中,采用CRC校验和漏桶算法,判断FPGA是否持续出现异常,当出现异常时发出告警信号,实现FPGA内部功能自诊断,有效提高FPGA的可靠性。
附图说明
图1为本发明FPGA内部功能自诊断方法第一个实施例的流程示意图;
图2为本发明FPGA内部功能自诊断方法第二个实施例的流程示意图;
图3为本发明FPGA内部功能自诊断系统第一个实施例的结构示意图;
图4为本发明FPGA内部功能自诊断系统第二个实施例的结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示,一种FPGA内部功能自诊断方法,包括步骤:
S100:对FPGA的输入报文添加CRC校验和,对所述FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数所述FPGA的输出报文中CRC错误报文的数量。
CRC是利用除法及余数的原理来作错误侦测的,实际应用中,发送装置计算出CRC值并随数据一同发送给接收装置,接收装置对收到的数据重新计算CRC并与收到的CRC相比较,若两个CRC值不同,则说明数据通讯出现错误。具体来说,可以在FPGA入口处对输入报文尾添加CRC校验和在FPGA出口处对报文进行CRC校验,计数FPGA的输出报文中CRC错误报文的数量,同时非必要的,还可以计数FPGA的输出报文中CRC正确报文的数量。
S200:根据所述CRC错误报文的数量,并通过漏桶算法判断所述FPGA是否持续出现异常。
漏桶算法(Leaky Bucket)是目前在网络世界中流量整形或速率限制时经常使用的一种算法,它的主要目的是控制数据注入到网络的速率,平滑网络上的突发流量。漏桶算法提供了一种机制,通过它,突发流量可以被整形以便为网络提供一个稳定的流量。具体来说,漏桶可以看作是一个带有常量服务时间的单服务器队列,如果漏桶(包缓存)溢出,那么数据包会被丢弃,在网络中,漏桶算法可以控制端口的流量输出速率,平滑网络上的突发流量,实现流量整形,从而为网络提供一个稳定的流量。在本发明FPGA内部功能自诊断方法中根据CRC错误报文的数量,通过漏桶算法上述特性来判断FPGA是否持续出现异常。
为了更进一步详细解释漏桶算法的过程,下面将采用一实施例进行说明。
在其中一个实施例中,步骤S200具体包括:
S220:当所述CRC错误报文的数量超过第一预设门限值时,判定所述FPGA出现异常,对所述FPGA进行复位操作,其中,所述复位操作包括对所述CRC错误报文的数量归零。
S240:统计所述FPGA已复位次数。
S260:当所述FPGA已复位次数超过第二预设门限值时,判定所述FPGA持续出现异常。
假设CRC错误报文的数量为M,第一预设门限值为X,当M大于X时,判定FPGA已经出现异常,此时对FPGA进行复位操作,将CRC错误报文的数量归零。之后每当CRC错误报文的数量M大于第一预设门限值X,都对FPGA进行复位操作,将CRC错误报文的数量归零,并记录下FPGA已复位的次数N,当N大于第二预设门限值Y时,此时判定FPGA已经持续出现异常。
S300:当所述FPGA持续出现异常时,发出报警信号。
当FPGA持续出现异常时。发出告警信号,提示操作人员需要更换物理层。
本发明FPGA内部功能自诊断方法,对FPGA的输入报文添加CRC校验和,对FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数FPGA的输出报文中CRC错误报文的数量,根据CRC错误报文的数量,并通过漏桶算法判断FPGA是否持续出现异常,当FPGA持续出现异常时,发出报警信号。整个过程中,采用CRC校验和漏桶算法,判断FPGA是否持续出现异常,当出现异常时发出告警信号,实现FPGA内部功能自诊断,有效提高FPGA的可靠性。
在其中一个实施例中,所述当所述CRC错误报文的数量超过第一预设门限值时,判定所述FPGA出现异常,对所述FPGA进行复位操作的步骤具体包括:
统计连续收到CRC正确报文的数量,当连续收到所述CRC正确报文的数量大于第三预设门限值时,将所述CRC错误报文的数量减去预设值,获得修正值,当所述修正值大于零时,修正所述CRC错误报文的数量为所述修正值,当所述修正值小于或等于零时,修正的所述CRC错误报文的数量为零;
当修正的所述CRC错误报文的数量超过第一预设门限值时,判定所述FPGA出现异常,对所述FPGA进行复位操作。
除了考虑CRC错误报文的数量之外还对CRC正确报文的数量进行考虑,以修正CRC错误报文的数量,实现FPGA出现异常情况的准确判断。具体来说,例如可以当连续收到3个CRC正确报文时,将CRC错误报文的数量减1,以修正CRC错误报文的数量。需要指出的是修正后的CRC错误报文的数量大于或等于零,假设当前CRC错误报文的数量为0,且目前已经连续收到3个CRC正确报文,此时将当前CRC错误报文的数量为0减去1,获得修正值为-1,此时,,修正后的CRC错误报文的数量计数为0。
在其中一个实施例中,所述对FPGA的输入报文添加CRC校验和,对所述FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数CRC错误报文的数量的步骤具体为:
对所述FPGA的输入报文的报文尾添加CRC校验和,对所述FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数所述CRC错误报文的数量。
具体来说,可以在FPGA的输入报文的报文尾添加CRC校验和。更具体来说,可以在FPGA的输入报文最后4位添加CRC校验和。
如图2所示,在其中一个实施例中,步骤S300之后还包括:
S400:记录所述CRC错误报文的内容和时间,并将所述CRC错误报文的内容和时间关联存储。
将CRC错误报文的内容和时间关联存储,便于对FPGA运行情况进行监控,也便于后期对FPGA运行情况进行深入了解和分析。
如图3所示,一种FPGA内部功能自诊断系统,包括:
校验模块100,用于对FPGA的输入报文添加CRC校验和,对所述FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数所述FPGA的输出报文中CRC错误报文的数量;
异常判断模块200,用于根据所述CRC错误报文的数量,并通过漏桶算法判断所述FPGA是否持续出现异常;
处理模块300,用于当所述FPGA持续出现异常时,发出报警信号。
本发明FPGA内部功能自诊断系统,校验模块100对FPGA的输入报文添加CRC校验和,对FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数FPGA的输出报文中CRC错误报文的数量,异常判断模块200根据CRC错误报文的数量,并通过漏桶算法判断FPGA是否持续出现异常,处理模块300当FPGA持续出现异常时,发出报警信号。整个过程中,采用CRC校验和漏桶算法,判断FPGA是否持续出现异常,当出现异常时发出告警信号,实现FPGA内部功能自诊断,有效提高FPGA的可靠性。
如图4所示,在其中一个实施例中,所述异常判断模块200具体包括:
复位单元220,用于当所述CRC错误报文的数量超过第一预设门限值时,判定所述FPGA出现异常,对所述FPGA进行复位操作,其中,所述复位操作包括对所述CRC错误报文的数量归零;
复位次数统计单元240,用于统计所述FPGA已复位次数;
判定单元260,用于当所述FPGA已复位次数超过第二预设门限值时,判定所述FPGA持续出现异常。
在其中一个实施例中,所述复位单元220具体包括:
第一单元,用于统计连续收到CRC正确报文的数量,当连续收到所述CRC正确报文的数量大于第三预设门限值时,将所述CRC错误报文的数量减去预设值,获得修正值,当所述修正值大于零时,修正所述CRC错误报文的数量为所述修正值,当所述修正值小于或等于零时,修正的所述CRC错误报文的数量为零;
第二单元,用于当修正的所述CRC错误报文的数量超过第一预设门限值时,判定所述FPGA出现异常,对所述FPGA进行复位操作。
在其中一个实施例中,所述校验模块100具体用于对所述FPGA的输入报文的报文尾添加CRC校验和,对所述FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数所述CRC错误报文的数量。
如图4所示,在其中一个实施例中,所述FPGA内部功能自诊断系统还包括:
存储模块400,用于记录所述CRC错误报文的内容和时间,并将所述CRC错误报文的内容和时间关联存储。
为了更进一步详细解释本发明FPGA内部功能自诊断方法与系统的技术方案及其来的效果,下面将采用两个具体实例进行说明。
实施例一
在本具体实例中,将FPGA分别与CPU和PHY(物理层)芯片连接,PHY芯片与外部设备连接,通过高速接口把以太网数据送到FPGA,FPGA和CPU通过高速并行总线互联。
步骤一:PHY芯片发送数据到FPGA会在数据最后添加4字节CRC校验,FPGA可以通过CRC校验来判断报文在传输过程中是否出现异常。FPGA发送给CPU的报文也会添加CRC校验,CPU也可以通过CRC校验判断FPGA上送的报文是否出现异常。FPGA入口处对报文添加CRC校验和,在FPGA出口处对CRC校验和进行校验,通过CRC校验结果监视FPGA内部模块的工作状态。
步骤二:当上行和下行CRC校验模块发现CRC错误时,FPGA会对CRC错误计数进行加一,当FPGA连续收到多个(具体数值可以通过CPU配置,例如设为m)正确的CRC结果时,FPGA会对CRC错误计数进行减一,当错误计数到达设定门限(具体数值可以通过CPU配置,例如设为n)时,FPGA上报异常中断给CPU。
步骤三:当FPGA第三次上报异常中断时CPU发出告警,通知工作人员进行单板更换物理层。
上述操作的好处是当FPGA受到外部干扰出现可恢复性错误时不会引起CPU对FPGA不必要的复位或重加载操作,只有当FPGA内部持续出现不可恢复的异常,错误计数才会到达门限,CPU才会尝试对FPGA进行恢复操作。
实施例二
在本具体实施例中,假定第一预设门限值为X,第二预设门限值为Y,第三预设门限值为Z,CRC错误报文的数量为M,修正值为m,修正后的CRC错误报文的数量为a,连续CRC正确报文的数量P,预设值为1,FPGA已复位次数为N。
步骤一:在对在FPGA的输入报文最后4位添加CRC校验和,对FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数FPGA的输出报文中CRC错误报文的数量为M,FPGA的输出报文中连续CRC正确报文的数量N。
步骤二:当CRC正确报文的数量P大于第三预设门限值为Z时,将CRC错误报文的数量减去1,获得修正值m,即m=M-1。
步骤三:判断m是否大于零,当m大于零时,修正后的CRC错误报文的数量a=m=M-1,当m小于或等于零时,修正后的CRC错误报文的数量a=0。
步骤四:当a大于第一预设门限值为X时,判定FPGA出现异常,对所述FPGA进行复位操作,将CRC错误报文的数量归零即a=0。
步骤五:每当CRC错误报文的数量a超过所述第一预设门限值X时,对FPGA进行所述复位操作,并统计所述FPGA已复位次数N。
步骤六:当FPGA已复位次数N超过第二预设门限值Y时,判定FPGA持续出现异常。
步骤七:当FPGA持续出现异常时,发出报警信号,提示操作人员需要更换物理层。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种FPGA内部功能自诊断方法,其特征在于,包括步骤:
对FPGA的输入报文添加CRC校验和,对所述FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数所述FPGA的输出报文中CRC错误报文的数量;
根据所述CRC错误报文的数量,并通过漏桶算法判断所述FPGA是否持续出现异常;
当所述FPGA持续出现异常时,发出报警信号;
所述根据所述CRC错误报文的数量,并通过漏桶算法判断所述FPGA是否持续出现异常的步骤具体包括:
当所述CRC错误报文的数量超过第一预设门限值时,判定所述FPGA出现异常,对所述FPGA进行复位操作,其中,所述复位操作包括对所述CRC错误报文的数量归零;
统计所述FPGA已复位次数;
当所述FPGA已复位次数超过第二预设门限值时,判定所述FPGA持续出现异常。
2.根据权利要求1所述的FPGA内部功能自诊断方法,其特征在于,所述当所述CRC错误报文的数量超过第一预设门限值时,判定所述FPGA出现异常,对所述FPGA进行复位操作的步骤具体包括:
统计连续收到CRC正确报文的数量,当连续收到所述CRC正确报文的数量大于第三预设门限值时,将所述CRC错误报文的数量减去预设值,获得修正值,当所述修正值大于零时,修正所述CRC错误报文的数量为所述修正值,当所述修正值小于或等于零时,修正的所述CRC错误报文的数量为零;
当修正的所述CRC错误报文的数量超过第一预设门限值时,判定所述FPGA出现异常,对所述FPGA进行复位操作。
3.根据权利要求1或2所述的FPGA内部功能自诊断方法,其特征在于,所述对FPGA的输入报文添加CRC校验和,对所述FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数CRC错误报文的数量的步骤具体为:
对所述FPGA的输入报文的报文尾添加CRC校验和,对所述FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数所述CRC错误报文的数量。
4.根据权利要求1或2所述的FPGA内部功能自诊断方法,其特征在于,所述对FPGA的输入报文添加CRC校验和,对所述FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数CRC错误报文的数量的步骤之后还包括:
记录所述CRC错误报文的内容和时间,并将所述CRC错误报文的内容和时间关联存储。
5.一种FPGA内部功能自诊断系统,其特征在于,包括:
校验模块,用于对FPGA的输入报文添加CRC校验和,对所述FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数所述FPGA的输出报文中CRC错误报文的数量;
异常判断模块,用于根据所述CRC错误报文的数量,并通过漏桶算法判断所述FPGA是否持续出现异常;
处理模块,用于当所述FPGA持续出现异常时,发出报警信号;
所述异常判断模块具体包括:
复位单元,用于当所述CRC错误报文的数量超过第一预设门限值时,判定所述FPGA出现异常,对所述FPGA进行复位操作,其中,所述复位操作包括对所述CRC错误报文的数量归零;
复位次数统计单元,用于统计所述FPGA已复位次数;
判定单元,用于当所述FPGA已复位次数超过第二预设门限值时,判定所述FPGA持续出现异常。
6.根据权利要求5所述的FPGA内部功能自诊断系统,其特征在于,所述复位单元具体包括:
第一单元,用于统计连续收到CRC正确报文的数量,当连续收到所述CRC正确报文的数量大于第三预设门限值时,将所述CRC错误报文的数量减去预设值,获得修正值,当所述修正值大于零时,修正所述CRC错误报文的数量为所述修正值,当所述修正值小于或等于零时,修正的所述CRC错误报文的数量为零;
第二单元,用于当修正的所述CRC错误报文的数量超过第一预设门限值时,判定所述FPGA出现异常,对所述FPGA进行复位操作。
7.根据权利要求5或6所述的FPGA内部功能自诊断系统,其特征在于,所述校验模块具体用于对所述FPGA的输入报文的报文尾添加CRC校验和,对所述FPGA的输出报文进行CRC校验,并计数所述CRC错误报文的数量。
8.根据权利要求5或6所述的FPGA内部功能自诊断系统,其特征在于,还包括:
存储模块,用于记录所述CRC错误报文的内容和时间,并将所述CRC错误报文的内容和时间关联存储。
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