CN109343888B - 一种基于dsp的fpga程序远程在线更新系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于DSP的FPGA程序远程在线更新系统，包括：DSP、应用FPGA、管理FPGA和外置FLASH；所述DSP交互于应用FPGA和管理FPGA；所述外置FLASH交互于应用FPGA和管理FPGA；所述管理FPGA用于在线配置应用FPGA和烧写应用FPGA的外置FLASH；所述DSP接收应用FPGA的更新数据并通过管理FPGA更新应用FPGA。本发明还公开了一种基于DSP的FPGA程序远程在线更新方法。本发明通过设置上述模块和步骤，在信号处理模块已安装好的现场中，可在不拆开模块的前提下，通过网口或串口远程在线更新FPGA；并且可以提高批量作业效率。

Description

一种基于DSP的FPGA程序远程在线更新系统及方法
技术领域
本发明涉及通用信号处理模块设计领域，具体涉及一种基于DSP的FPGA程序远程在线更新系统及方法。
背景技术
一个用于信号处理的模块典型设计方案为DSP+FPGA的架构，这样可同时兼顾运算与控制的需求。随着技术不断更迭，无论从调试角度还是现场使用角度，现在很多系统都需要组件或模块具备在线自动升级功能。而现有FPGA程序在线更新方式通常是利用FPGA开发环境通过FPGA芯片专用的JTAG接口下载程序。这样的方式不仅需要模块预留专用物理接口，还需要操作员准备FPGA专用的仿真器，执行更新操作时也不能离模块太远；当模块数量比较多时，也需要操作员对每个模块单独操作才能完成更新，操作效率低下。
现有技术中，对于FPGA芯片的数据更新存在以下缺陷：
1、需要信号处理模块额外将JTAG接口信号线引到外部面板或接口，否则现场为信号处理模块更新FPGA程序时需要将模块拆开，影响效率；
2、无法在信号处理模块带电运行期间直接动态升级FPGA程序；
3、不利于现场调试活动中临时在线更新FPGA；
4、无法远程更新FPGA。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中对于FPGA芯片的数据更新存在需要信号处理模块额外将JTAG接口信号线引到外部面板或接口，否则现场为信号处理模块更新FPGA程序时需要将模块拆开，影响效率；无法在信号处理模块带电运行期间直接动态升级FPGA程序；不利于现场调试活动中临时在线更新FPGA；无法远程更新FPGA等多种缺陷，目的在于提供一种基于DSP的FPGA程序远程在线更新系统及方法，解决上述问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于DSP的FPGA程序远程在线更新系统，包括：DSP、应用FPGA、管理FPGA和外置FLASH；所述DSP交互于应用FPGA和管理FPGA；所述外置FLASH交互于应用FPGA和管理FPGA；所述管理FPGA用于在线配置应用FPGA和烧写应用FPGA的外置FLASH；所述DSP接收应用FPGA的更新数据并通过管理FPGA更新应用FPGA。
现有技术中，对于FPGA芯片的数据更新存在需要信号处理模块额外将JTAG接口信号线引到外部面板或接口，否则现场为信号处理模块更新FPGA程序时需要将模块拆开，影响效率；无法在信号处理模块带电运行期间直接动态升级FPGA程序；不利于现场调试活动中临时在线更新FPGA；无法远程更新FPGA等多种缺陷。
本发明应用时，为了实现应用FPGA的在线更新，本发明创造性的使用了管理FPGA，通过管理FPGA对应用FPGA进行更新；DSP接收上位机的更新数据，并将更新数据发送给管理FPGA，而管理FPGA根据更新数据的类型，对应用FPGA进行更新，从而实现FPGA的在线更新，这样的更新方式可以拓展到多个FPGA的情况，也就是通过一个管理FPGA向多个应用FPGA下发更新数据，并执行更新指令。本发明通过设置上述模块，在信号处理模块已安装好的现场中，可在不拆开模块的前提下，通过网口或串口远程在线更新FPGA；并且可以提高批量作业效率。
进一步的，所述通过管理FPGA更新应用FPGA包括动态加载；所述动态加载包括：管理FPGA发送更新数据到应用FPGA；所述应用FPGA运行更新数据，且更新数据未存入非易失性存储器。
本发明应用时，为了针对于应用FPGA在调试、测试过程中临时修改和验证程序，所以采用了这种方式进行数据更新，执行动态加载后，应用FPGA会应用新程序，新程序没有存入非易失性存储器，掉电后新程序丢失，重新上电时会回到旧程序状态，该特性有利于调试、测试活动过程中经常临时修改同时不想修改Flash的情况。
进一步的，所述通过管理FPGA更新应用FPGA包括Flash更新；所述Flash更新包括：管理FPGA将更新数据烧写进应用FPGA的外置FLASH；应用FPGA保持老程序状态直至管理FPGA控制应用FPGA加载更新数据。
本发明应用时，为了针对于永久升级FPGA程序到验证后的版本，采用了这种方式进行数据更新，执行Flash更新后，应用FPGA依然保持老程序状态，仅是Flash内容更新为新程序。管理FPGA需要额外的控制信号通知应用FPGA重新加载FLASH后，应用FPGA才会应用新程序。这种方式可以有效的保证应用FPGA运行于稳定环境中，从而减小了进行数据更新的风险。
一种基于DSP的FPGA程序远程在线更新方法，包括以下步骤：S1：DSP接收应用FPGA的更新数据；S2：DSP将接收到的更新数据发送给管理FPGA；S3：管理FPGA根据更新数据的类型对应用FPGA的数据进行更新。
本发明应用时，为了实现应用FPGA的在线更新，本发明创造性的使用了管理FPGA，通过管理FPGA对应用FPGA进行更新；DSP接收上位机的更新数据，并将更新数据发送给管理FPGA，而管理FPGA根据更新数据的类型，对应用FPGA进行更新，从而实现FPGA的在线更新，这样的更新方式可以拓展到多个FPGA的情况，也就是通过一个管理FPGA向多个应用FPGA下发更新数据，并执行更新指令。本发明通过设置上述步骤，在信号处理模块已安装好的现场中，可在不拆开模块的前提下，通过网口或串口远程在线更新FPGA；并且可以提高批量作业效率。
进一步的，步骤S1包括以下子步骤：S11：接收缓冲区中存在数据时，从缓冲区中读取一段数据；S12：检测是否存在退格指令和回车指令；S13：当存在退格指令时，对shell缓存进行退格处理；当存在回车指令时，对shell缓存进行回车处理；当不存在退格指令和回车指令时，将数据存入shell缓存。
本发明应用时，这种方式适用于串口通信，控制命令下发和运行状态显示过程中使用纯ASCII字符作为数据内容，这样用户可通过串口终端直接肉眼识别当前DSP运行状态，也可以方便记忆和输入控制命令。本发明设置上述步骤可以方便的识别具体的指令，从而实现对DSP的控制。
进一步的，步骤S3包括以下子步骤：当更新数据的类型为动态加载数据时，管理FPGA发送更新数据到应用FPGA；应用FPGA运行更新数据，且更新数据未存入非易失性存储器。
本发明应用时，为了针对于应用FPGA在调试、测试过程中临时修改和验证程序，所以采用了这种方式进行数据更新，执行动态加载后，应用FPGA会应用新程序，新程序没有存入非易失性存储器，掉电后新程序丢失，重新上电时会回到旧程序状态，该特性有利于调试、测试活动过程中经常临时修改同时不想修改Flash的情况。
进一步的，步骤S3包括以下子步骤：当更新数据的类型为Flash更新数据时，管理FPGA将更新数据烧写进应用FPGA的外置FLASH；应用FPGA保持老程序状态直至管理FPGA控制应用FPGA加载更新数据。
本发明应用时，为了针对于永久升级FPGA程序到验证后的版本，采用了这种方式进行数据更新，执行Flash更新后，应用FPGA依然保持老程序状态，仅是Flash内容更新为新程序。管理FPGA需要额外的控制信号通知应用FPGA重新加载FLASH后，应用FPGA才会应用新程序。这种方式可以有效的保证应用FPGA运行于稳定环境中，从而减小了进行数据更新的风险。
进一步的，所述应用FPGA的数量为多个，且所有的应用FPGA均通过管理FPGA进行数据更新。
本发明应用时，由于采用了管理FPGA进行数据更新，再增加应用FPGA时，只需将应用FPGA与管理FPGA进行通信即可实现对多个应用FPGA进行更新，从而有效的提高了多个FPGA的更新效率。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种基于DSP的FPGA程序远程在线更新系统，通过设置上述模块，在信号处理模块已安装好的现场中，可在不拆开模块的前提下，通过网口或串口远程在线更新FPGA；并且可以提高批量作业效率；
2、本发明一种基于DSP的FPGA程序远程在线更新方法，通过设置上述步骤，在信号处理模块已安装好的现场中，可在不拆开模块的前提下，通过网口或串口远程在线更新FPGA；并且可以提高批量作业效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明实施例示意图；
图3为本发明实施例示意图；
图4为本发明实施例示意图。
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，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，本发明一种基于DSP的FPGA程序远程在线更新系统，包括：DSP、应用FPGA、管理FPGA和外置FLASH；所述DSP交互于应用FPGA和管理FPGA；所述外置FLASH交互于应用FPGA和管理FPGA；所述管理FPGA用于在线配置应用FPGA和烧写应用FPGA的外置FLASH；所述DSP接收应用FPGA的更新数据并通过管理FPGA更新应用FPGA。
本实施例实施时，为了实现应用FPGA的在线更新，本发明创造性的使用了管理FPGA，通过管理FPGA对应用FPGA进行更新；DSP接收上位机的更新数据，并将更新数据发送给管理FPGA，而管理FPGA根据更新数据的类型，对应用FPGA进行更新，从而实现FPGA的在线更新，这样的更新方式可以拓展到多个FPGA的情况，也就是通过一个管理FPGA向多个应用FPGA下发更新数据，并执行更新指令。本发明通过设置上述模块，在信号处理模块已安装好的现场中，可在不拆开模块的前提下，通过网口或串口远程在线更新FPGA；并且可以提高批量作业效率。
为了进一步说明本申请的工作原理，如图2所示，图2为系统物理架构图，给出了为了达到远程在线更新FPGA目的而需要系统简单架构，其主体为：1个DSP，1个APP FPGA(应用FPGA)，1个MGMT FPGA(管理FPGA)。而信号处理模块的实际设计案例中，APP FPGA可能不止1个，这由应用需求决定。但本专利借助简化的情况进行说明，原理可推广到更多应用FPGA的场景。
DSP与APP FPGA构成典型的信号处理组合，APP FPGA通常为资源丰富、高性能且内置Flash的FPGA，为外部设备更新FLASH提供了可能。
MGMT FPGA负责在线配置APP FPGA和烧写APP FPGA的外置FLASH。根据信号处理模块的实际硬件设计情况，该FPGA还可以负责模块硬件相关但应用无关的控制任务。由于MGMT FPGA通常负责任务较少，性能较低、资源较少且内置Flash的FPGA即可满足此任务。
MGMT FPGA与APP FPGA之间通过配置接口互联，通过满足该接口所需的控制时序并提供相应的数据后，MGMT FPGA可完成对APP FPGA在线动态配置的任务。
MGMT FPGA与APP FPGA的Flash通过异步并行接口直接相连，MGMT FPGA可完成对APP FPGA的Flash在线烧写的任务，即可永久性更新APP FPGA程序。
DSP通过EMIF(外部内存接口)同时与APP FPGA和MGMT FPGA相连，DSP通过片选信号区分通信对象。在EMIF总线上，DSP为主(Master)，FPGA为从(Slave)，总是由DSP率先发起访存请求。
DSP通过地址映射访问MGMT FPGA寄存器，通过寄存器的读写操作，完成将内存中暂存的APP FPGA程序数据写入MGMT FPGA内，进而让MGMT FPGA完成后续烧写Flash的操作。
DSP与用户计算机通过网口和串口相连，用户计算机通过串口终端软件交互串口数据，通过类似网络调试助手的软件交互网络数据。DSP通过串口实时接收用户的控制信号、显示运行状态或接收FPGA程序数据，通过网口仅接收FPGA程序数据。待程序接收校验完毕后，随即通过EMIF接口控制MGMT FPGA更新APP FPGA。
对于APP FPGA，在线更新可分为动态加载与Flash更新。
执行动态加载后，APP FPGA会应用新程序，新程序没有存入非易失性存储器，掉电后新程序丢失，重新上电时会回到旧程序状态，该特性有利于调试、测试活动过程中经常临时修改同时不想修改Flash的情况。
执行Flash更新后，APP FPGA依然保持老程序状态，仅是Flash内容更新为新程序。MGMT FPGA需要额外的控制信号通知APP FPGA重新加载FLASH后，APP FPGA才会应用新程序。
为了进一步的说明DSP与上位机的通信，如图3所示，图3为通过串口通信的流程图，控制命令下发和运行状态显示过程中使用纯ASCII字符作为数据内容，这样用户可通过串口终端直接肉眼识别当前DSP运行状态，也可以方便记忆和输入控制命令。类似于Windows或Linux操作系统下Shell的功能。通过串口下发FPGA程序数据时可采用YModem协议。
而通过网口进行通信时，基于UDP协议。由于控制指令通过串口下发，网络数据包中无需再附加一些控制数据，则UDP数据包负载全部为FPGA程序有效内容。DSP超过一定时间没有接收到数据包认为发送端已经发送完毕。如图4所示，为远程FPGA在线更新流程。
同时，每个用户计算机可通过多通道串口设备同时与多个信号处理模块的串口相连，通过网络交换机同时与多个信号处理模块的网口相连。如此可以在一台计算机上同时向多个信号处理模块下发串口指令和FPGA更新程序，同时也能从串口得到更新反馈，进而提高了批量作业效率。
所以本申请具备以下有益效果：
1、在信号处理模块已安装好的现场中，可在不拆开模块的前提下，通过网口或串口远程在线更新FPGA；
2、可按需选择更新FPGA Flash或动态加载两种不同更新方式，适用于应用、调试现场等不同场景；
3、提高批量作业效率，提高现场或出厂批量更新FPGA程序的效率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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 (3)

1.一种基于DSP的FPGA程序远程在线更新系统，其特征在于，包括：DSP、应用FPGA、管理FPGA和外置FLASH，且所述应用FPGA的数量为多个，且所有的应用FPGA均通过管理FPGA进行数据更新；
所述DSP交互于应用FPGA和管理FPGA；所述外置FLASH交互于应用FPGA和管理FPGA；
所述管理FPGA用于在线配置应用FPGA和烧写应用FPGA的外置FLASH；
所述DSP接收应用FPGA的更新数据并通过管理FPGA更新应用FPGA；
所述通过管理FPGA更新应用FPGA包括动态加载；所述动态加载包括：管理FPGA发送更新数据到应用FPGA；
所述应用FPGA运行更新数据，且更新数据未存入非易失性存储器；
所述通过管理FPGA更新应用FPGA包括Flash更新；所述Flash更新包括：管理FPGA将更新数据烧写进应用FPGA的外置FLASH；
应用FPGA保持老程序状态直至管理FPGA控制应用FPGA加载更新数据。
2.一种基于DSP的FPGA程序远程在线更新方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：DSP接收应用FPGA的更新数据；
S2：DSP将接收到的更新数据发送给管理FPGA；
S3：管理FPGA根据更新数据的类型对应用FPGA的数据进行更新；
所述应用FPGA的数量为多个，且所有的应用FPGA均通过管理FPGA进行数据更新；
步骤S3包括以下子步骤：
当更新数据的类型为动态加载数据时，管理FPGA发送更新数据到应用FPGA；
应用FPGA运行更新数据，且更新数据未存入非易失性存储器；
当更新数据的类型为Flash更新数据时，管理FPGA将更新数据烧写进应用FPGA的外置FLASH；
应用FPGA保持老程序状态直至管理FPGA控制应用FPGA加载更新数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于DSP的FPGA程序远程在线更新方法，其特征在于，步骤S1包括以下子步骤：
S11：接收缓冲区中存在数据时，从缓冲区中读取一段数据；
S12：检测是否存在退格指令和回车指令；
S13：当存在退格指令时，对shell缓存进行退格处理；当存在回车指令时，对shell缓存进行回车处理；当不存在退格指令和回车指令时，将数据存入shell缓存。
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