CN109426595A - 一种fpga运行记录的分析系统、方法及应用 - Google Patents

一种fpga运行记录的分析系统、方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种FPGA运行记录的分析系统、方法及应用，包括：待监测模块；获取运行记的运行记录获取模块；将运行记录写入存储模块中的第一存储驱动模块；从存储模块中读取运行记录的第二存储驱动模块；将运行记录输出FPGA的运行记录上传接口模块。本发明中预先设置FPGA内部的多组被监测电路，被监测电路涵盖面广；实时获取被监测电路内部的运行情况，时效性高；监测情况可封包存储至存储模块中，安全可靠，掉电保存；可现场或远程读取监测情况；辅助定位FPGA运行故障；出现故障时，通过外部接口便能够准确、便捷地获取FPGA的运行记录，省去了复杂的探测器开盖步骤，降低维护成本；并能客观的复现故障现场，省去了故障复现实验，经济、有效的排除故障。

Description

一种FPGA运行记录的分析系统、方法及应用
技术领域
本发明涉及数字化电子领域，特别是涉及一种FPGA运行记录的分析系统、方法及应用。
背景技术
目前，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)，以硬件描述语言(Verilog或VHDL)完成电路的设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－Flop)或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。
探测器经历了百年的发展，由传统的胶片式逐渐发展至当今的数字式，这其中又经历了CR探测器、CCD X光探测器、CCD拼接式X光探测器以及目前最为主流的探测器。探测器可以捕获X光，将被测物体的X光影像转变为数字图像以便于查看、分析、存储以及传播，其被广泛应用于医疗、生物、材料和工业检测等领域。FPGA设置于探测器的内部，可实现探测器内各种数据处理模块的逻辑功能。
使用过程中，通过软件向FPGA施加指令，并将运行结果反馈到软件上，当FPGA出现故障后，目前只能通过软件记录(log)去定位排查故障，但事实上软件的记录只能从软件的角度间接地反馈FPGA的故障信息，而不能直接而全面的从FPGA角度去反馈故障信息，因此给后续的故障排查造成了一定困难，如果无法行之有效的定位及排除故障，那么产品在可靠性会方面会存在很大的风险。
因此，如何直接全面地反馈FPGA的故障、提高探测器的可靠性已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种FPGA运行记录的分析系统、方法及应用，用于解决现有技术中不能全面排查FPGA的故障造成FPGA可靠性差的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种FPGA运行记录的分析系统，所述FPGA运行记录的分析系统至少包括：
待监测模块、运行记录获取模块、第一存储驱动模块、存储模块、第二存储驱动模块、运行记录上传接口模块；
所述待监测模块位于FPGA内部，用于执行数据处理；
所述运行记录获取模块连接于所述待监测模块的输出端，用于获取所述待监测模块内部的运行记录；
所述第一存储驱动模块连接于所述运行记录获取模块的输出端，用于将所述运行记录获取模块中的数据写入所述存储模块中；
所述存储模块连接于所述第一存储驱动模块的输出端，用于存储所述待监测模块的运行记录；
所述第二存储驱动模块连接于所述存储模块的输出端，用于从所述存储模块中读取所述待监测模块的运行记录；
所述运行记录上传接口模块连接于所述第二存储驱动模块的输出端，用于将所述待监测模块的运行记录从所述FPGA中输出。
优选地，所述FPGA运行记录的分析系统还包括连接于所述运行记录获取模块与所述第一存储驱动模块之间的运行记录封包模块；所述运行记录封包模块对所述运行记录进行格式转换，并封装成数据包。
优选地，所述FPGA运行记录的分析系统还包括连接于所述第二存储驱动模块与所述运行记录上传接口模块之间的运行记录上传指令解析模块；所述运行记录上传指令解析模块对来自所述运行记录上传接口模块的上传指令进行解析，藉由解析后的上传指令从所述存储模块中读出所述运行记录。
优选地，所述存储模块包括闪存或随机存取存储器。
更优选地，所述存储模块的接口类型包括串行外设接口或基线加密接口。
优选地，所述运行记录上传接口模块的接口类型包括串口或网口。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种FPGA运行记录的分析方法，所述FPGA运行记录的分析方法至少包括：
选中FPGA中的待监测模块，获取所述待监测模块中的运行记录，将运行记录按接口时序写入存储模块；
当出现异常时，从外部发出上传指令，根据所述上传指令从所述存储模块中读取所述运行记录，并从所述FPGA中输出，以供数据分析排查故障。
优选地，通过软件编程选中所述待监测模块。
优选地，所述运行记录包括状态机状态、异常运行情况。
优选地，获取所述待监测模块中的运行记录后，对所述运行记录转换数据格式并封装成数据包。
更优选地，将所述运行记录封装成数据包的同时还嵌入运行时间。
优选地，获取所述上传指令后，对所述上传指令进行解析，以使所述存储模块能识别所述上传指令。
优选地，所述运行记录基于串口协议或千兆网接口协议从所述FPGA中输出。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种上述FPGA运行记录的分析系统的应用，应用于探测器，用于分析排查探测器的故障。
如上所述，本发明的FPGA运行记录的分析系统、方法及应用，具有以下有益效果：
1.本发明的FPGA运行记录的分析系统、方法及应用中预先设置FPGA内部的多组被监测电路，被监测电路涵盖面广。
2.本发明的FPGA运行记录的分析系统、方法及应用实时获取被监测电路内部的运行情况，时效性高。
3.本发明的FPGA运行记录的分析系统、方法及应用的监测情况可封包存储至存储模块中，安全可靠，掉电保存。
4.本发明的FPGA运行记录的分析系统、方法及应用可现场或远程读取电路的监测情况。
5.本发明的FPGA运行记录的分析系统、方法及应用可辅助分析定位FPGA运行故障。
附图说明
图1显示为本发明的FPGA运行记录的分析系统的结构示意图。
图2显示为本发明的FPGA运行记录的分析方法的流程示意图。
元件标号说明
1 待监测模块
2 运行记录获取模块
3 运行记录封包模块
4 第一存储驱动模块
5 存储模块
6 第二存储驱动模块
7 运行记录上传指令解析模块
8 运行记录上传接口模块
S1～S10 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
如图1所示，本发明提供一种FPGA运行记录的分析系统，所述FPGA运行记录的分析系统至少包括：
待监测模块1、运行记录获取模块2、运行记录封包模块3、第一存储驱动模块4、存储模块5、第二存储驱动模块6、运行记录上传指令解析模块7及运行记录上传接口模块8。
如图1所示，所述待监测模块1位于FPGA内部，用于执行数据处理。
具体地，所述待监测模块1包括多组，在本实施例中，所述待监测模块1包括第一待监测模块、第二待监测模块…第n待监测模块。所述待监测模块为所述FPGA内部的逻辑模块。
如图1所示，所述运行记录获取模块2连接于各待监测模块1的输出端，用于获取所述待监测模块1内部的运行记录。
具体地，所述运行记录获取模块2接收各待监测模块1的运行记录。
如图1所示，所述运行记录封包模块3连接于所述运行记录获取模块2的输出端，用于对所述运行记录进行格式转换，并封装成数据包。
具体地，所述运行记录封包模块3将所述运行记录转化为所述存储模块5能接受的数据格式，并封装成数据包。
如图1所示，所述第一存储驱动模块4连接于所述运行记录封包模块3的输出端，用于将所述运行记录封包模块3中的数据写入所述存储模块5中。
具体地，在本实例中，所述第一存储驱动模块4为闪存(Flash)写入驱动模块。所述第一存储驱动模块4将所述运行记录封包模块3中的数据包按照对应Flash的接口时序将所述运行记录的数据包写入所述存储模块5。当所述存储模块5为不同类型的存储器时，所述第一存储驱动模块4的类型也相应调整，在此不一一赘述。
如图1所示，所述存储模块5连接于所述第一存储驱动模块4的输出端，用于存储所述待监测模块1的运行记录。
具体地，在本实施例中，所述存储模块5为闪存(Flash)，在实际应用中可以是任意可写可读、具有存储功能的模块，包括但不限于闪存、随机存取存储器(Random accessmemory，RAM)。所述存储模块5的接口类型包括但不限于串行外设接口(Serial PeripheralInterface，SPI)、基线加密接口(Baseline Privacy Interface，BPI)。
如图1所示，所述第二存储驱动模块6连接于所述存储模块5的输出端，用于从所述存储模块5中读取所述待监测模块1的运行记录。
具体地，在本实例中，所述第二存储驱动模块6为闪存(Flash)读出驱动模块。所述第二存储驱动模块6将所述存储模块5中存储的运行记录按照对应Flash的接口时序从所述存储模块5中读出。当所述存储模块5为不同类型的存储器时，所述第二存储驱动模块6的类型也相应调整，在此不一一赘述。
如图1所示，所述运行记录上传指令解析模块7与所述第二存储驱动模块6双向连接，用于对来自所述运行记录上传接口模块8的上传指令进行解析，藉由解析后的上传指令从所述存储模块5中读出所述运行记录。
具体地，在本实施例中，所述运行记录上传接口模块8将外部的上传指令传输到所述运行记录上传指令解析模块7，所述运行记录上传指令解析模块7对所述上传指令进行解析，基于解析后的上传指令控制所述第二存储驱动模块6从所述存储模块5中读取所述运行记录。
如图1所示，所述运行记录上传接口模块8连接于所述运行记录上传指令解析模块7，用于将所述待监测模块1的运行记录从所述FPGA中输出。
具体地，所述运行记录上传接口模块8可实现串口协议或者千兆网接口协议，所述运行记录上传接口模块8的接口类型包括但不限于串口、网口。可根据实际需要设定接口类型，在此不一一列举。
在本实施例中，所述待监测模块1、所述运行记录获取模块2、所述运行记录封包模块3、所述第一存储驱动模块4、所述第二存储驱动模块6、所述运行记录上传指令解析模块7及运行记录上传接口模块8均位于所述FPGA上，可大大简化设计难度。在实际使用中，可在不同介质上设置所述运行记录获取模块2、所述运行记录封包模块3、所述第一存储驱动模块4、所述第二存储驱动模块6、所述运行记录上传指令解析模块7及运行记录上传接口模块8，不以本实施例为限。
实施例二
本发明还提供一种FPGA运行记录的分析方法，在本实施例中，所述FPGA运行记录的分析方法基于所述FPGA运行记录的分析系统实现，至少包括：
步骤S1：通过软件编程选中FPGA中的待监测模块1，使得所述待监测模块1与所述运行记录获取模块2实现数据传输。与所述运行记录获取模块2实现数据传输的所述待监测模块1的数量不限，可同时监测多个模块。
步骤S2：所述运行记录获取模块2获取所述待监测模块1中的运行记录，所述运行记录包括但不限于状态机状态、异常运行情况。
步骤S3：所述运行记录封包模块3对所述运行记录进行数据格式转换，并封装成数据包，封装成数据包时还包括但不限于嵌入运行时间。
步骤S4：所述第一存储驱动模块4将所述运行记录按所述存储模块5的接口时序写入所述存储模块5，所述存储模块5的类型包括但不限于串行外设接口(Serial PeripheralInterface，SPI)、基线加密接口(Baseline Privacy Interface，BPI)。
步骤S5：所述存储模块5对所述运行记录进行存储，实时获取所述待监测模块1中的运行记录。
步骤S6：当FPGA出现异常时，从外部发出上传指令。
步骤S7：所述运行记录上传接口模块8获取所述上传指令后传输给所述运行记录上传指令解析模块7。
步骤S8：所述运行记录上传指令解析模块7对所述上传指令进行解析。
步骤S9：所述第二存储驱动模块6受解析后的上传指令的控制，从所述存储模块5中读出所述运行记录，并输出到所述运行记录上传接口模块8。
步骤S10：所述运行记录上传接口模块8将所述运行记录从所述FPGA中输出，以供数据分析排查故障。所述运行记录上传接口模块8的协议包括但不限于串口协议、千兆网接口协议，在此不一一赘述。
实施例三
所述FPGA运行记录的分析系统应用于探测器，用于分析排查探测器的故障，所述FPGA运行记录的分析系统至少包括一片Flash和一片FPGA，所述FPGA中的逻辑模块(所述待监测模块1)用于执行探测器的数据处理，所述运行记录获取模块2、所述运行记录封包模块3、所述第一存储驱动模块4、所述第二存储驱动模块6、所述运行记录上传指令解析模块7及运行记录上传接口模块8均位于探测器中的FPGA上，在FPGA代码设计阶段即需要在相关待监测模块中引入监测代码，在设计完成后，相关模块能够主动的、实时的、客观的将待监测模块的运行状态记录至Flash中，当后续故障发生时，可通过外部接口便能够准确而便捷地获取探测器FPGA部分的运行记录，省去了复杂的探测器开盖步骤，并降低了维护成本，还原了FPGA故障现场，缩短了FPGA故障定位的时间，提高了FPGA故障定位的准确度，提高了产品质量，增加了可靠性。
本发明的FPGA运行记录的分析系统及方法适用于需要排查故障的具有FPGA的设备，不限于本发明的探测器。
本发明的FPGA运行记录的分析系统、方法及应用中预先设置FPGA内部的多组被监测电路，被监测电路涵盖面广；实时获取被监测电路内部的运行情况，时效性高；监测情况可封包存储至存储模块中，安全可靠，掉电保存；可现场或远程读取电路的监测情况；可辅助分析定位FPGA运行故障；当探测器出现FPGA故障时，通过外部接口便能够准确而便捷地获取探测器FPGA的运行记录，省去了复杂的探测器开盖步骤，并降低了维护成本；能够准确地存储FPGA运行记录，并能客观的复现故障现场，从而省去了后续复杂的故障复现实验，从而经济而有效的排除故障。
综上所述，本发明提供一种FPGA运行记录的分析系统、方法及应用，包括：待监测模块；获取所述待监测模块内部的运行记的运行记录获取模块；连接于所述运行记录获取模块的输出端，将所述运行记录获取模块中的数据写入所述存储模块中的第一存储驱动模块；连接于所述第一存储驱动模块的输出端的存储模块；连接于所述存储模块的输出端，从所述存储模块中读取所述待监测模块的运行记录的第二存储驱动模块；连接于所述第二存储驱动模块的输出端，将所述待监测模块的运行记录输出所述FPGA的运行记录上传接口模块。本发明的FPGA运行记录的分析系统、方法及应用中预先设置FPGA内部的多组被监测电路，被监测电路涵盖面广；实时获取被监测电路内部的运行情况，时效性高；监测情况可封包存储至存储模块中，安全可靠，掉电保存；可现场或远程读取电路的监测情况；可辅助分析定位FPGA运行故障；当探测器出现FPGA故障时，通过外部接口便能够准确而便捷地获取探测器FPGA的运行记录，省去了复杂的探测器开盖步骤，并降低了维护成本；能够准确地存储FPGA运行记录，并能客观的复现故障现场，从而省去了后续复杂的故障复现实验，从而经济而有效的排除故障。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种FPGA运行记录的分析系统，其特征在于，所述FPGA运行记录的分析系统至少包括：
待监测模块、运行记录获取模块、第一存储驱动模块、存储模块、第二存储驱动模块、运行记录上传接口模块；
所述待监测模块位于FPGA内部，用于执行数据处理；
所述运行记录获取模块连接于所述待监测模块的输出端，用于获取所述待监测模块内部的运行记录；
所述第一存储驱动模块连接于所述运行记录获取模块的输出端，用于将所述运行记录获取模块中的数据写入所述存储模块中；
所述存储模块连接于所述第一存储驱动模块的输出端，用于存储所述待监测模块的运行记录；
所述第二存储驱动模块连接于所述存储模块的输出端，用于从所述存储模块中读取所述待监测模块的运行记录；
所述运行记录上传接口模块连接于所述第二存储驱动模块的输出端，用于将所述待监测模块的运行记录从所述FPGA中输出。
2.根据权利要求1所述的FPGA运行记录的分析系统，其特征在于：所述FPGA运行记录的分析系统还包括连接于所述运行记录获取模块与所述第一存储驱动模块之间的运行记录封包模块；所述运行记录封包模块对所述运行记录进行格式转换，并封装成数据包。
3.根据权利要求1所述的FPGA运行记录的分析系统，其特征在于：所述FPGA运行记录的分析系统还包括连接于所述第二存储驱动模块与所述运行记录上传接口模块之间的运行记录上传指令解析模块；所述运行记录上传指令解析模块对来自所述运行记录上传接口模块的上传指令进行解析，藉由解析后的上传指令从所述存储模块中读出所述运行记录。
4.根据权利要求1所述的FPGA运行记录的分析系统，其特征在于：所述存储模块包括闪存或随机存取存储器。
5.根据权利要求1或4所述的FPGA运行记录的分析系统，其特征在于：所述存储模块的接口类型包括串行外设接口或基线加密接口。
6.根据权利要求1所述的FPGA运行记录的分析系统，其特征在于：所述运行记录上传接口模块的接口类型包括串口或网口。
7.一种FPGA运行记录的分析方法，其特征在于，所述FPGA运行记录的分析方法至少包括：
选中FPGA中的待监测模块，获取所述待监测模块中的运行记录，将运行记录按接口时序写入存储模块；
当出现异常时，从外部发出上传指令，根据所述上传指令从所述存储模块中读取所述运行记录，并从所述FPGA中输出，以供数据分析排查故障。
8.根据权利要求7所述的FPGA运行记录的分析方法，其特征在于：通过软件编程选中所述待监测模块。
9.根据权利要求7所述的FPGA运行记录的分析方法，其特征在于：所述运行记录包括状态机状态、异常运行情况。
10.根据权利要求7所述的FPGA运行记录的分析方法，其特征在于：获取所述待监测模块中的运行记录后，对所述运行记录转换数据格式并封装成数据包。
11.根据权利要求10所述的FPGA运行记录的分析方法，其特征在于：将所述运行记录封装成数据包的同时还嵌入运行时间。
12.根据权利要求7所述的FPGA运行记录的分析方法，其特征在于：获取所述上传指令后，对所述上传指令进行解析，以使所述存储模块能识别所述上传指令。
13.根据权利要求7所述的FPGA运行记录的分析方法，其特征在于：所述运行记录基于串口协议或千兆网接口协议从所述FPGA中输出。
14.如权利要求1～6任意一项所述的FPGA运行记录的分析系统应用于探测器，用于分析排查探测器的故障。
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