CN107967235A - 一种无线可编程系统 - Google Patents

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Abstract

一种无线可编程系统，去除了专用线缆，采用无线收发模块通过无线网络直接下载配置资源，轻松实现大规模批量编程和恶劣环境自编程，且将可编程逻辑器件和无线收发模块集成在一起，芯片高度集成，体积较小，非常适于可穿戴、微型化、低功耗等应用。

Description

一种无线可编程系统
技术领域
本发明涉及一种无线可编程系统。
背景技术
现有的可编程逻辑芯片所主要采用的配置方法都是通过线缆或接口的有线形式进行的，JTAG配置方法直接将码流文件下载到可编程逻辑芯片中，其他方式则首先下载到程序存储器（PROM/ Flash）中，再通过控制逻辑对可编程逻辑芯片进行编程。一般在调试过程中，通过JTAG模式对可编程逻辑芯片进行配置，调试完成后，则将码流文件写入程序存储器，通过控制逻辑写入可编程逻辑芯片进行配置。
如图1所示，JTAG模式106是常用的传统配置方法，需要下载器104、开发板100及专用线缆105支持。在开发板100上包含可编程逻辑器件101、配置存储器103和其他器件102，其他器件包含DSP、CPU、AD/DA、专用ASIC等。需要指出的是，有线编程方式不适于大规模应用下的批量编程和恶劣环境下的自动编程等应用环境。JTAG（Joint Test Action Group；联合测试工作组）是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试。标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。
针对上述技术问题，一些“无线可编程逻辑芯片”相关专利被提出。
全球最大的可编程逻辑器件供应商赛灵思（Xilinx）公司在2005年提交专利《Wireless Programmable Logic Devices》，并于2009年授权，专利号7,480,491。如图2所示，通过天线104接收码流文件，经过放大器112、射频收发模块114对配置存储器116进行配置，组成整个无线可编程逻辑器件102。该专利提出了无线可编程器件的主要组成部分。由于受当时工艺水平限制，基带单元、射频收发器等模块的加工工艺与可编程逻辑器件的工艺差异较大，这几部分难以集成到单颗芯片上，因此并未对具体实现工艺进行说明。另一方面，射频部分占据的面积较大，而且这部分仅配置时有用，其余时间闲置，造成浪费，因此美国专利7,480,491提出的无线可编程器件一直未能成为真正的产品。
美国博通Broadcom公司（已于2015年被新加坡安华高科技Avago收购）在2008年提交专利《Wireless Programmable Logic Device》，并于2012年授权，专利号8,254,319。如图3所示，该发明展示芯片的基本单元是CXM，用于区别传统可编程逻辑器件公司的基本单元CLB等。如图4所示，基本CXM单元由可配置逻辑块（Configurable Logic Block, CLB）单元和毫米波收发模块（Millimeter wave transceiver module, MMW XCVR）组成。从基本单元的层次出发，解决可编程逻辑的无线配置问题。该项发明的CXM单元成阵列分布，数量众多，由于毫米波收发模块（MMW XCVR）需要的芯片面积较大，目前尚没有合适的工艺或技术能够在可以接收的芯片面积内实现该专利所期望的大容量可编程逻辑器件。
中科院计算所于2008年提交专利《一种远程无线编程的方法及支持远程无线编程的芯片》，公开（公告）号CN101685401A。如图5所示，处理器1是该专利的核心模块，其他外围模块（程序存储器5、选通器7、数据存储器4等）都是围绕该处理器1设置的。该专利突出的是无线编程，未强调可编程逻辑芯片，另一方面，也未对具体实施工艺给出明确说明。
中科院电子所于2012年提交专利《兼具无线配置和无线收发模式的无线可编程片上系统》，公开（公告）号CN103383677A。如图6所示，经无线收发模块接收信号，通过中央处理控制器和配置控制器对存储器和可编程模块进行编程。该专利突出了中央处理控制器（CPU）的用途，未突出可编程逻辑芯片自带的配置模块（Programming Module，PGM）的用途；另一方面，本专利中虽然提到了集成工艺的难度，但未提供可实施的具体实施工艺，影响了该专利的具体实施和实现。
由于无线收发模块占据芯片面积大，且射频工艺与可编程逻辑采用的标准CMOS工艺兼容难度大，这使得可以实现无线可编程逻辑芯片的具体工艺成为影响该类芯片实用化的一大难点。现有专利均对具体的工艺实现采取了回避或模糊处理的态度。另一方面，除了硬件上实现的难度大之外，软件上如何配合以实现无线编程也是必须考虑的问题，现有专利仅笼统地提出“无线收发模块”的概念，未能与可编程逻辑芯片的具体配置模式建立直接联系，实施起来有一定的困难。
发明内容
本发明提供一种无线可编程系统，去除了专用线缆，能够通过无线网络直接下载配置资源，轻松实现大规模批量编程和恶劣环境自编程，且芯片高度集成，体积较小，非常适于可穿戴、微型化、低功耗等应用。
为了达到上述目的，本发明提供一种无线可编程系统，包含：
可编程逻辑器件，其通过编程实现不同的逻辑功能；
无线收发JTAG接口模块，其电性连接可编程逻辑器件，并通过无线网络连接云端或App端，该无线收发JTAG接口模块通过无线网络从云端或App端下载配置资源，对可编程逻辑器件进行编程。
所述的无线收发JTAG接口模块是一种无线JTAG接口，在该模块中集成无线收发模块，该无线收发JTAG接口模块将无线接收到的配置资源信息信号转译为满足JTAG协议的电信号，应用于对可编程逻辑器件的编程。
所述的无线收发JTAG接口模块满足WiFi、蓝牙Bluetooth、5G、NB-IOT等协议中的一种或几种。
所述的无线可编程系统还包含：配置存储器，其电性连接可编程逻辑器件和无线收发JTAG接口模块，用于存储配置资源。
所述的无线可编程系统还包含：其他器件，其电性连接可编程逻辑器件。
本发明还提供一种无线可编程系统，包含：
无线可编程逻辑器件，该无线可编程逻辑器件中集成了可编程逻辑器件、无线收发JTAG接口模块和配置存储器，该无线可编程逻辑器件通过无线网络连接云端或App端，从云端或App端下载码流文件，实现可编程逻辑器件的无线自配置。
采用FDSOI CMOS工艺实现在无线可编程逻辑器件中集成可编程逻辑器件、无线收发JTAG接口模块和配置存储器。
采用化合物半导体工艺实现无线收发JTAG接口模块，然后通过系统封装的方式，将无线收发JTAG接口模块与可编程逻辑模块集成到一个封装里。
所述的无线可编程系统还包含：其他器件，其电性连接无线可编程逻辑器件。
本发明去除了专用线缆，能够通过无线网络直接下载配置资源，轻松实现大规模批量编程和恶劣环境自编程，且芯片高度集成，体积较小，非常适于可穿戴、微型化、低功耗等应用。
附图说明
图1是背景技术中有线可编程系统的结构示意图。
图2是背景技术中美国专利7,480,491的示意图。
图3和图4是背景技术中美国专利8,254,319的示意图。
图5是背景技术中中国专利CN101685401A的示意图。
图6是背景技术中中国专利CN103383677A的示意图。
图7是本发明提供的一种无线可编程系统的电路框图。
图8是本发明提供的另一种无线可编程系统的电路框图。
具体实施方式
以下根据图7和图8，具体说明本发明的较佳实施例。
如图7所示，本发明提供一种无线可编程系统200，包含：
可编程逻辑器件201，其通过编程实现不同的逻辑功能，该可编程逻辑器件201可采用CPLD（复杂可编程逻辑器件）、FPGA（现场可编程门阵列）、PSOC（可编程化系统单芯片）等；
配置存储器203，其电性连接可编程逻辑器件201，用于存储配置资源，该配置存储器203可采用PROM（可编程序只读存储器）、Flash（闪存）等；
无线收发JTAG接口模块205，其电性连接可编程逻辑器件201和配置存储器203，并通过无线网络连接云端或App端（配置资源）204，该无线收发模块205通过无线网络从云端或App端（配置资源）204下载配置资源（比如FPGA的码流文件）对可编程逻辑器件201进行编程，并通过JTAG协议将配置资源发送给配置存储器203。
所述的无线收发JTAG接口模块205是一种无线JTAG接口，在该模块中集成无线收发模块，该无线收发JTAG接口模块205可以满足WiFi、Bluetooth、5G、NB-IOT等协议中的某一种或几种。该无线收发JTAG接口模块205将无线接收到的配置资源信息信号转译为满足JTAG协议的电信号，应用于对可编程逻辑器件201的编程，即，该无线收发JTAG接口模块205中的TMS管脚、TCK管脚、TDI管脚和TDO管脚具备无线收发能力，可满足无线编程的需要，能够使云端或App端的配置软件能够方便地使用JTAG协议对可编程逻辑器件201进行编程，仅增加一种新的“无线JTAG”模式，无需对配置软件做太大调整。
所述的无线可编程系统200还包含：其他器件202，其电性连接可编程逻辑器件201，在无线编程完毕后，可编程逻辑器件201将控制其他器件202进行需要的操作。本实施例中，所述的其他器件202包含DSP、CPU、AD/DA、专用集成电路ASIC等。
该无线可编程系统去除了专用线缆，能够通过无线网络直接下载配置资源，轻松实现大规模批量编程和恶劣环境自编程。
如图8所示，本发明还提供一种无线可编程系统300，包含：
无线可编程逻辑器件301，该无线可编程逻辑器件301中集成了可编程逻辑器件、无线收发JTAG接口模块和配置存储器，该无线可编程逻辑器件301通过无线网络连接云端或App端（配置资源）304，从云端或App端（配置资源）304下载配置资源，实现可编程逻辑器件的无线自配置。
采用FDSOI CMOS工艺实现在无线可编程逻辑器件301中集成可编程逻辑器件、无线收发模块和配置存储器。FDSOI CMOS工艺是一种先进的硅基平面型CMOS工艺，其独特的衬底材料提供了低功耗、高Q值、背栅可调、易于三维集成等优点，比较有代表性的是格罗方德（GlobalFoundries）公司提供的平台。
在本发明的另一个实施例中，还可以采用化合物半导体工艺实现无线收发JTAG接口模块，然后通过系统封装（SIP）的方式，将射频模块与可编程逻辑模块集成到一个封装里。
所述的无线收发JTAG接口模块是一种无线JTAG接口，在该模块中集成无线收发模块，该无线收发JTAG接口模块可以满足WiFi、Bluetooth、5G、NB-IOT等协议中的某一种或几种。该无线收发JTAG接口模块将无线接收到的配置资源信息信号转译为满足JTAG协议的电信号，应用于对可编程逻辑器件的编程，即，该无线收发JTAG接口模块中的TMS管脚、TCK管脚、TDI管脚和TDO管脚具备无线收发能力，可满足无线编程的需要，能够使云端或App端的配置软件能够方便地使用JTAG协议对可编程逻辑器件进行编程，仅增加一种新的“无线JTAG”模式，无需对配置软件做太大调整。
所述的无线可编程系统300还包含：其他器件302，其电性连接无线可编程逻辑器件301，在无线编程完毕后，无线可编程逻辑器件301将控制其他器件302进行需要的操作。本实施例中，所述的其他器件302包含DSP、CPU、AD/DA、专用集成电路ASIC等。
该无线可编程系统去除了专用线缆，能够通过无线网络直接下载配置资源，轻松实现大规模批量编程和恶劣环境自编程，且芯片高度集成，体积较小，非常适于可穿戴、微型化、低功耗等应用。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种无线可编程系统，其特征在于，包含：
可编程逻辑器件，其通过编程实现不同的逻辑功能；
无线收发JTAG接口模块，其电性连接可编程逻辑器件，并通过无线网络连接云端或App端，该无线收发JTAG接口模块通过无线网络从云端或App端下载配置资源，对可编程逻辑器件进行编程。
2.如权利要求1所述的无线可编程系统，其特征在于，所述的无线收发JTAG接口模块是一种无线JTAG接口，在该模块中集成无线收发模块，该无线收发JTAG接口模块将无线接收到的配置资源信息信号转译为满足JTAG协议的电信号，应用于对可编程逻辑器件的编程。
3.如权利要求2所述的无线可编程系统，其特征在于，所述的无线收发JTAG接口模块满足WiFi、蓝牙Bluetooth、5G、NB-IOT协议中的一种或几种。
4.如权利要求3所述的无线可编程系统，其特征在于，所述的无线可编程系统还包含：配置存储器，其电性连接可编程逻辑器件和无线收发JTAG接口模块，用于存储配置资源。
5.如权利要求4所述的无线可编程系统，其特征在于，所述的无线可编程系统还包含：其他器件，其电性连接可编程逻辑器件。
6.一种无线可编程系统，其特征在于，包含：
无线可编程逻辑器件，该无线可编程逻辑器件中集成了如权利要求5中所述的可编程逻辑器件、无线收发JTAG接口模块和配置存储器，该无线可编程逻辑器件通过无线网络连接云端或App端，从云端或App端下载码流文件，实现可编程逻辑器件的无线自配置。
7.如权利要求6所述的无线可编程系统，其特征在于，采用FDSOI CMOS工艺实现在无线可编程逻辑器件中集成可编程逻辑器件、无线收发JTAG接口模块和配置存储器。
8.如权利要求6所述的无线可编程系统，其特征在于，采用化合物半导体工艺实现无线收发JTAG接口模块，然后通过系统封装的方式，将无线收发JTAG接口模块与可编程逻辑模块集成到一个封装里。
9.如权利要求7或8所述的无线可编程系统，其特征在于，所述的无线可编程系统还包含：其他器件，其电性连接无线可编程逻辑器件。
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