CN107918545A - 一种基于zynq的远程升级系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ZYNQ的远程升级系统及其实现方法。系统包括由ARM处理器、FPGA BLOCK芯片和存储器组成的ZYNQ模块及n个FPGA芯片，ARM处理器通过内部总线与FPGA BLOCK芯片连接，ARM处理器与存储器连接，ZYNQ外设千兆网口，FPGA BLOCK芯片通过n条总线与n个FPGA芯片连接。本方法采用ZYNQ中的ARM处理器运行嵌入式Ubuntu系统，其文件系统下存储多个FPGA的二进制文件；采用ZYNQ可编程器件中的FPGA BLOCK实现外部FPGA配置所需的时序；采用ARM处理器连接的千兆以太网实现远程登录、控制，具有功能灵活、可扩展性强、开发简单、性能高等优点。

Description

一种基于ZYNQ的远程升级系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及广播通信技术，尤其是涉及一种基于ZYNQ的远程升级系统及其实现方法。具体是一种基于ZYNQ(XILINX发布的集成ARM处理器和FPGA模块的芯片)的远程升级多个FPGA的方案。

背景技术

随着通信技术和服务需求的飞速发展，无论在军用还是民用无线通信领域，各个系统的兼容性、可升级性、自适应性问题突出。现场可编程门阵列（FPGA）可以通过配置程序灵活的改变其功能，在现在的通信设备中，FPGA的使用越来越广泛。并且随着信息的爆炸式喷发，对设备的处理能力和速度都有了更高的要求，有时候需要单板卡集成更多的处理芯片FPGA。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对远程升级多个FPGA所需的接口和存储空间的需求，提供一种基于ZYNQ的远程升级系统及其实现方法。本方法采用ZYNQ可编程器件中的ARM处理器运行嵌入式Ubuntu系统，其文件系统下存储多个FPGA的二进制文件；采用ZYNQ可编程器件中的FPGA BLOCK（ZYNQ内部的现场可编程门阵列部分）实现外部FPGA配置所需的时序；采用并行执行特征的FPGA BLOCK易于实现多片FPGA配置的并行实现；采用ARM处理器（ZYNQ内部的PS部分）连接的千兆以太网可以实现远程登录、控制。相对于别的方式配置FPGA具有功能灵活、可扩展性强、开发简单、性能高等优点。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种基于ZYNQ的远程升级系统，其特征在于，包括由ARM处理器、FPGA BLOCK芯片和存储器组成的ZYNQ模块以及待升级的 n个FPGA芯片，ARM处理器通过内部总线与FPGA BLOCK芯片连接，ARM处理器与存储器连接，ZYNQ模块外设千兆网口，通过千兆网口连接网线，FPGA BLOCK芯片配置n条总线，通过n条总线分别与n个待升级的FPGA芯片连接。

一种基于ZYNQ的远程升级系统的实现方法，其特征在于，有如下步骤：

一、ZYNQ模块中的ARM处理器运行ubuntu操作系统，系统启动后，读取存储器中的各个FPGA芯片的配置文件，通过ZYNQ模块内部高速总线，将文件传输到ZYNQ模块的FPGA BLOCK芯片；

二、然后按照所需时序配置指定的FPGA；

三、ARM处理器运行ubuntu操作系统，其外设千兆网口将配置文件通过网络存储到ZYNQ模块的存储器上；

四、运行于ubuntu上的应用程序读取配置文件后，通过ZYNQ模块内部总线发送给FPGABLOCK芯片；

五、FPGA BLOCK芯片按照约定时序将配置文件烧写入FPGA_1~n；

六、FPGA_1~n的烧写成功后，会改变config_done管脚状态，ARM处理器通过GPIO管脚检测config_done管脚电平，以此获得反馈，远程升级是否成功。

本发明的有益效果是：本发明采用ZYNQ可编程器件，多片FPGA升级所需要大量IO（输入、输出管脚）可以通过ZYNQ的FPGA部分灵活分配。多片FPGA升级所需要的大容量存储器，可以通过ZYNQ的文件系统存储器方便实现。尤其是大量配置文件数据从ZYNQ的ARM端传输到FPGA端，可以通过ZYNQ的内部高速总线进行传输，提高了数据传输效率，降低了系统复杂度，降低了系统成本。同时由于采用千兆网口，可以远程将数据导入到ZYNQ的Ubuntu系统中，然后通过内部高速总线传到ZYNQ的FPGA BLOCK，充分利用FPGA的并行能力，将代码快速的烧写到FPGA_1~n中，特别是因为并行配置的方式，FPGA有限的数量增加并不会明显延长配置全部FPGA的时间。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

因为FPGA的配置文件是以文件的形式存储在ZYNQ的操作系统中的，FPGA完全可以存储不同方案的配置文件在系统上，只需要通过软件选择来确定升级哪种方案。

采用上述进一步方案的有益效果是：由于存储空间的扩大和文件格式的便利，完全将远程升级变得软件化，极大的提升了远程升级的灵活性。

附图说明

图1为基于ZYNQ的远程升级系统的架构原理框图。

具体实施方式

如图1所示，本系统包括由ARM处理器、FPGA BLOCK芯片和存储器组成的ZYNQ模块以及待升级的 n个FPGA芯片，ARM处理器通过内部总线与FPGA BLOCK芯片连接，ARM处理器与存储器连接，ZYNQ模块外设千兆网口，通过千兆网口连接网线，FPGA BLOCK芯片配置n条总线，通过n条总线分别与n个待升级的FPGA芯片连接。

本系统包括ZYNQ的ARM处理器、ZYNQ的FPGA BLOCK，待升级的FPGA_1~n，ZYNQ的外设模块千兆网口和存储器。其中ZYNQ的ARM处理器对外扩展出千兆以太网，ZYNQ的ARM处理器和ZYNQ的内部FPGA BLOCK通过片内高速总线连接，ZYNQ的FPGA BLOCK与待升级的FPGA_1~n是通过FPGA升级的专用总线连接（ALTERA是FPP总线，XILINX是Slave SelectMAP总线）。

基于ZYNQ的远程升级系统的实现方法有如下步骤：

一、ZYNQ模块中的ARM处理器运行ubuntu操作系统，系统启动后，读取存储器中的各个FPGA芯片的配置文件，通过ZYNQ模块内部高速总线，将文件传输到ZYNQ模块的FPGA BLOCK芯片；

二、然后按照所需时序配置指定的FPGA；

三、ARM处理器运行ubuntu操作系统，其外设千兆网口将配置文件通过网络存储到ZYNQ模块的存储器上；

四、运行于ubuntu上的应用程序读取配置文件后，通过ZYNQ模块内部总线发送给FPGABLOCK芯片；

五、FPGA BLOCK芯片按照约定时序将配置文件烧写入FPGA_1~n；

六、FPGA_1~n的烧写成功后，会改变config_done管脚状态，ARM处理器通过GPIO管脚检测config_done管脚电平，以此获得反馈，远程升级是否成功。

个人电脑通过网线连接系统，ZYNQ将千兆网的数据经过ARM处理器上的ubuntu系统存储到外设存储器上，ZYNQ可以将数据通过内部总线传到FPGA BLOCK上，然后FPGABLOCK的I/O管脚接到FPGA的专用配置管脚上。

以上实施过程在实际板卡上进行了验证，并取得成功。本发明采用ZYNQ可编程器件，利用ZYNQ的ARM处理器运行ubuntu的操作系统，方便对外进行网络通信和信息存储，然后通过内部高速总线与FPGA BLOCK进行数据传输，极高的提升了数据传输效率，降低了系统的复杂度。通过采用了FPGA BLOCK进行远程配置，方便IO扩展，时序逻辑控制和并行传输，极大的降低了系统难度和提升了配置速度。

Claims (2)

1. 一种基于ZYNQ的远程升级系统，其特征在于，包括由ARM处理器、FPGA BLOCK芯片和存储器组成的ZYNQ模块以及待升级的n个FPGA芯片，ARM处理器通过内部总线与FPGA BLOCK芯片连接，ARM处理器与存储器连接，ZYNQ模块外设千兆网口，通过千兆网口连接网线，FPGABLOCK芯片配置n条总线，通过n条总线分别与n个待升级的FPGA芯片连接。

2.一种如权利要求1所述的基于ZYNQ的远程升级系统的实现方法，其特征在于，有如下步骤：

一、ZYNQ模块中的ARM处理器运行ubuntu操作系统，系统启动后，读取存储器中的各个FPGA芯片的配置文件，通过ZYNQ模块内部高速总线，将文件传输到ZYNQ模块的FPGA BLOCK芯片；

二、然后按照所需时序配置指定的FPGA；

三、ARM处理器运行ubuntu操作系统，其外设千兆网口将配置文件通过网络存储到ZYNQ模块的存储器上；

四、运行于ubuntu上的应用程序读取配置文件后，通过ZYNQ模块内部总线发送给FPGABLOCK芯片；

五、FPGA BLOCK芯片按照约定时序将配置文件烧写入FPGA_1~n；

六、FPGA_1~n的烧写成功后，会改变config_done管脚状态，ARM处理器通过GPIO管脚检测config_done管脚电平，以此获得反馈，远程升级是否成功。