CN110096300A - 一种fpga程序文件备份管理系统、运行方法及升级方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种FPGA程序文件备份管理系统、运行方法及升级方法，其主要包括：在Flash中设置第一及第二存储区域，并对应存储基础逻辑程序，及通用逻辑程序，其中基础逻辑程序包括：引导加载程序及基础功能逻辑程序，当FPGA加载程序文件时，优先读取Flash中第一存储区域，依据引导加载程序跳转至第二存储区域并加载通用功能逻辑程序；当第二存储区加载发生错误时，所述引导加载程序执行返回第一存储区域，并加载基础功能逻辑程序，从而有效提高FPGA在加载Flash中程序文件时的稳定性。

Description

一种FPGA程序文件备份管理系统、运行方法及升级方法

技术领域

本发明涉及FPGA技术领域，尤其涉及一种FPGA程序文件备份管理系统、运行方法及升级方法。

背景技术

FPGA即现场可编程门阵列，是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。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。随着通信领域的发展，越来越多进行数据处理的通信板卡都是通过FPGA来设计实现，特别是光纤通道总线技术领域都是使用FPGA逻辑来实现数据的处理与传输功能，作为通信光纤通道节点卡的核心器件，FPGA的版本的稳定性及可靠性将决定整个网络的稳定性。

FPGA逻辑代码以文件形式存储在Flash中，设备上电后FPGA芯片通过配置从指定的Flash的指点地址加载FPGA程序文件，以使FPGA芯片运行逻辑代码。由于FPGA特性，每次编译生成的FPGA版本文件，逻辑布线都存在差异，而Flash操作要求严格的时序，导致FPGA控制Flash读写可能因编译生成的布线略有差异，引起Flash读写稳定性存在差异。如果FPGA芯片加载的逻辑代码存在错误，或者不完整都将使FPGA无法正常工作。

因此本技术领域亟待一种能够降低此类FPGA芯片在升级或加载逻辑程序过程中，失败风险的技术方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种FPGA程序文件备份管理系统、运行方法及升级方法，以降低FPGA读取Flash中程序文件时的失败风险，提高稳定性。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种FPGA程序文件备份管理系统，其包括：在Flash中设置第一及第二存储区域，并对应存储基础逻辑程序，及通用逻辑程序，其中基础逻辑程序包括：引导加载程序及基础功能逻辑程序，当FPGA加载程序文件时，优先读取Flash中第一存储区域，依据引导加载程序跳转至第二存储区域并加载通用功能逻辑程序；当第二存储区加载发生错误时，所述引导加载程序执行返回第一存储区域，并加载基础功能逻辑程序。

优选地，该FPGA程序文件备份管理系统的Flash中还设有第三存储区域，以应存储基础逻辑程序，及通用逻辑程序的固件属性信息。

优选地，该固件属性信息包括：基础逻辑程序，及通用逻辑程序的CRC值、版本类型，版本文件的字节数，版本号及版本日期中的至少一种。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种FPGA程序文件备份管理系统的运行方法，其中步骤包括：当FPGA首次加载时，优先读取Flash中第一存储区域内的引导加载程序；依据引导加载程序，指令FPGA读取第二存储区域并加载通用功能逻辑程序，完成加载；当读取第二存储区域或加载通用功能逻辑程序之一发生错误时，所述引导加载程序令FPGA返回Flash第一存储区域读取，并加载基础功能逻辑程序。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种FPGA程序文件备份管理系统的升级方法，步骤包括：优先擦写Flash第一存储区域以更新基础逻辑程序，并在第三存储区域内的固件属性信息中记录；FPGA加载Flash第一存储区域内更新后的基础逻辑程序，以令擦写Flash第二存储区域更新通用逻辑程序，并在第三存储区域内的固件属性信息中记录；FPGA读取Flash第三存储区域内的固件属性信息进行校验，以完成升级。

通过本发明提供的FPGA程序文件备份管理系统、运行方法及升级方法，能够有效提高FPGA在加载Flash中程序文件时的稳定性，从而降低各类采用FPGA控制的产品在使用和升级程序的过程中变“砖”的几率，籍此确保各类采用FPGA的产品能够长期稳定使用，整体提高了使用此类技术的可靠性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1本发明FPGA程序文件备份管理系统第一实施例的Flash存储区域示意图；

图2本发明FPGA程序文件备份级管理系统第二实施例的Flash存储区域示意图；

图3本发明FPGA程序文件备份管理系统运行方法流程图；

图4本发明FPGA程序文件备份管理系统升级方法流程图；

图5本发明FPGA程序文件备份管理系统单固件逻辑升级为双逻辑固件流程图；

图6本发明FPGA程序文件备份管理系统单固件逻辑升级为双逻辑固件流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，在本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

其中需要说明的是，传统的光纤通道节点卡的FPGA版本均以全功能版本的文件形式单个版本存储于Flash中。存储位置一般位于Flash的最前部分(低地址部分)。FPGA芯片在上电时加载FPGA版本文件的位置是设定好的。Flash在升级FPGA版本的操作就是将旧的FPGA版本文件全部擦除后，再从原来的起始地址开始写入新的FPGA版本文件，最后读取Flash中的文件内容校验读写操作是否正确。

由于FPGA版本的特性，每次编译生成的FPGA版本文件的逻辑布线都存在差异，且Flash读写要求严格的时序，因此就导致了FPGA在控制Flash读写时，会存在读或写操作出错的风险。而一旦Flash写操作出问题或者在线升级过程中的擦除过程或写入过程突然断电，设备重新冷启动后(下电后再上电启动)的FPGA将无法正常加载程序文件。这时只有通过JTAG重新烧写FPGA文件到Flash中才能使之恢复正常。

因此本发明提供的该FPGA程序文件备份管理方法，基于存储备份管理技术，即在一个Flash中保存多份FPGA程序文件的设计理念，以区分基础逻辑版本与更新逻辑版本方式，存储在Flash中，其中该基础逻辑版本确保任何时候都可以正常加载启动，更新逻辑版本根据功能升级需要可以不断升级。实现多重保证FPGA启动和升级等核心功能的正常使用，使得升级失败导致各类采用FPGA的设备成“砖”的可能性几乎降为零。

(一)

请参阅图1，具体来说，该FPGA程序文件备份管理系统主要包括：在Flash中设置第一及第二存储区域1、2，并对应存储基础逻辑程序10，及通用逻辑程序21，其中基础逻辑程序10包括：引导加载程序11及基础功能逻辑程序12，当FPGA加载程序文件时，优先读取Flash中第一存储区域1，依据引导加载程序11跳转至第二存储区域2并加载通用功能逻辑程序；当第二存储区加载发生错误时，所述引导加载程序11执行返回第一存储区域1，并加载基础功能逻辑程序12。

其中在优选实施方式中，该基础功能逻辑程序12，及通用逻辑程序21中还分别包含相应的程序版本信息。

请参阅图3，同时该FPGA程序文件备份管理系统对应的运行方法，步骤包括：当FPGA首次加载时，优先读取Flash中第一存储区域1内的引导加载程序11；依据引导加载程序11，指令FPGA读取第二存储区域2并加载通用功能逻辑程序，完成加载；当读取第二存储区域2或加载通用功能逻辑程序之一发生错误时，所述引导加载程序11令FPGA返回Flash第一存储区域1读取，并加载基础功能逻辑程序12。

其中在优选实施方式下，该基础逻辑程序10，即最小功能版本，该版本程序保留FPGA程序文件的核心功能和Flash读写操作功能。为避免与正常通信使用版本程序混淆，基础逻辑程序10版本程序，优选将通信功能裁剪掉。因此该版本除非有特别需求，一般不进行改动和升级，尽可能保持稳定。而该通用逻辑程序21版本程序，在优选实施方式下为全功能版本，用于正常通信和在线升级等功能，后期逻辑修改一般只升级该版本。

其中该地址0位置开始存储FPGA的基础逻辑程序10，其优选占Flash总容量大小的二分之一处，即第一存储区域1的部分足够存放基础逻辑程序10，第二存储区域2的部分足够存放通用逻辑程序21。其中值得一提的是，为了确保该基础逻辑程序10件与该通用逻辑程序21之间能够良好的协同工作，其中该基础逻辑程序10主要包含两部分，即引导加载程序11部分和基础功能逻辑程序12部分，其中该引导加载程序11部分，用于引导加载程序11在通用逻辑程序21所在的第二存储区域2的地址处，及基础功能逻辑程序12所在的第一存储区域1之间根据情况跳转，以进行对应逻辑程序的加载。而该通用逻辑程序21及基础功能逻辑程序12主要属于功能逻辑程序，用以控制FPGA逻辑核心部分和Flash读写控制功能等实际功能的逻辑程序。

举例来说，以光纤通道节点卡上使用的FPGA模块为例，当该光纤通道节点卡上电后，该引导加载程序11会指引跳转至第二存储区域2地址处，并加载通用功能逻辑程序，当该通用功能逻辑程序文件完整且功能正常时，该FPGA芯片将执行该通用功能逻辑程序，从而光纤通道节点卡可以进行所有的数据收发和在线升级等功能。

另一方面，如果通用功能逻辑程序的程序文件无法正常执行，如：文件不存在、文件内容损坏、或程序文件编译出错无法执行等，此时该FPGA所加载的引导加载程序11将重新跳回至第一存储区域1，并加载基础功能逻辑程序12，然后执行基础功能逻辑程序12的功能，从而确保FPGA不会陷入死机。

其中在优选实施方式下，该基础功能逻辑程序12中优选包括FPGA在线升级程序，从而确保第二存储区域2内的通用功能逻辑程序有自主更新修复的可能，从而进一步提高FPGA运行的稳定性和可靠性。

(二)

请参阅图2，在另一种优选实施方式下，为了实现该FPGA程序文件备份管理系统的稳定升级，其中该FPGA程序文件备份管理系统主要包括：在Flash中设置第一、第二及第三存储区域1、2、3，并对应存储基础逻辑程序10、通用逻辑程序21及基础逻辑程序10和通用逻辑程序21的固件属性信息31，其中基础逻辑程序10包括：引导加载程序11及基础功能逻辑程序12，当FPGA加载程序文件时，优先读取Flash中第一存储区域1，依据引导加载程序11跳转至第二存储区域2并加载通用功能逻辑程序；当第二存储区加载发生错误时，所述引导加载程序11执行返回第一存储区域1，并加载基础功能逻辑程序12。

其中该固件属性信息31包括：基础逻辑程序10，及通用逻辑程序21的CRC值、版本类型，版本文件的字节数，版本号及版本日期中的至少一种。

而该Flash末尾固件属性信息31的示例数据结构为(其中：基础逻辑程序为Golden版本、通用逻辑程序为Update版本)：

请参阅图4，对应该FPGA程序文件备份管理系统的升级方法，步骤包括：优先擦写Flash第一存储区域1以更新基础逻辑程序10，并在第三存储区域3内的固件属性信息31中记录；FPGA加载Flash第一存储区域1内更新后的基础逻辑程序10，以令擦写Flash第二存储区域2更新通用逻辑程序21，并在第三存储区域3内的固件属性信息31中记录；FPGA读取Flash第三存储区域3内的固件属性信息31进行校验，以完成升级。

具体来说，例如采用FPGA的光纤通道节点卡产品，如果所有光纤通道节点卡都在出厂时便按照上述实施例中双备份FPGA版本的方式出厂，在为了确保稳定性的情况下，则需要尽可能不升级基础逻辑程序10版本，以保持基础逻辑程序10版本的稳定。而后期升级只擦除通用逻辑程序21版本和写入新的通用逻辑程序21版本。从而通过这种方式，可以保证该光纤子卡在线升级时的稳定性。

然而，如果光纤通道节点卡原来使用的是传统的FPGA版本存储和在线升级方式，需要升级到双备份FPGA版本的存储和在线升级方式时，首先需要升级的是基础逻辑程序10版本，然后再使用基础逻辑程序10版本在线升级通用逻辑程序21版本。在这种情况下，由于需要将基础逻辑程序10版本文件和通用逻辑程序21版本文件分别烧写至不同的Flash地址处。

因此基础逻辑程序10版本在线升级的风险和传统的升级方式是一样的，为了避免基础逻辑程序10版本被不断重新烧写，则Flash中必须存储Flash中各FPGA程序文件的版本相关信息，即固件属性信息31，用于校验需要烧写的文件是否符合当前子卡状态需求。因此需要将Flash分为三段分别存储：基础逻辑程序10文件，通用逻辑程序21文件和当前Flash中存储的FPGA版本文件的属性信息。

在优选实施方式下，该Flash末尾的版本信息，即固件属性信息31优选包含：基础逻辑程序10版本和通用逻辑程序21版本的以下属性信息：FPGA程序文件的CRC值，FPGA程序类型(基础逻辑程序10版本、通用逻辑程序21版本)，程序文件的字节数，FPGA程序的版本号和版本日期等。

而这些属性信息将通过读写寄存器获得当前运行的版本信息，和在FPGA程序文件中获得。此外值得一提的是，本实施例中的该FPGA程序文件包括：基础逻辑程序10，及通用逻辑程序21，其在编译生成时是不带版本属性信息的，因此可以使用本领域通用工具将这些属性信息添加至FPGA程序文件末尾。

其中在优选方式下，该属性信息数据结构示例为：

从而当驱动在读取FPGA程序文件时，可从程序文件末尾获取这些属性信息，从而当FPGA程序文件烧写完成后，再将FPGA程序文件属性信息烧写至Flash尾部指定地址处，以供进行现有技术的版本校验过程，从而完成升级/更新。

此外，需要说明的是，上述实施例中的该Flash的容量，需要有足够大的容量用于存储FPGA的基础逻辑程序10、通用逻辑程序21和/或固件属性信息31，因此通常状态下不会填满对应的存储区域，需要留有空闲区域，以免升级时加载失败，从而确保升级和跟新程序的稳定性及可靠性。

(三)

请参阅图5及图6，为了支持单Flash存储单固件逻辑升级为双逻辑固件的在线升级，其中以上述实施例为基础，步骤包括：获取FPGA程序文件的Bin文件；校验CRC是否正确；检查当前Flash中是否有基础逻辑程序，若Bin文件为基础逻辑程序则需检查是否和升级版本文件相同，若为否，则升级并擦写Flash更新为新版本的FPGA程序文件，即包含：基础逻辑程序及通用逻辑程序；并将更新后的版本信息更新至Flash末尾。

其中需要说明的是，该检查Flash中是否有基础逻辑程序的流程包括：从Flash末尾固件属性信息区域读取Flash中存储的固件版本号，存在变量FlashFpgaInfo中，读取寄存器或当前运行的逻辑程序信息；判断当前运行版本是否为基础逻辑程序；并判断当前运行版本与Flash末尾的基础逻辑程序版本信息是否一致，若否则更新FlashFpgaInfo中的基础逻辑程序版本信息，若为是则判断Flash中存在基础逻辑程序；若未曾检测到当前运行版本是基础逻辑程序，则判断是否与Flash末尾的通用逻辑程序版本信息一致，若为否，则说明Flash中不存在Golden版本。

具体来说，以基础逻辑程序为Golden版本、通用逻辑程序为Update版本为例，当FPGA程序被修改升级后，会编译生成新FPGA程序版本bin文件；使用工具添加版本文件属性信息可至FPGA程序版本bin文件末尾，其中文件长度和ORG由工具软件自动或得，FPAG类型-fpgaType；FPGA版本号及日期-fpgaVer等信息通过工具输入后，点击确定后生成添加版本属性信息得FPGA逻辑固件；后启动设备，驱动读取FPGA程序固件时；则会检查固件CRC是否正确，如果CRC不正确则返回错误码，停止固件升级；此时检查FLASH中是否有Golden版本：如果新版本为Golden版本且与当前运行版本不一致则允许升级新版本(尽可能保持Golden版本的稳定)；如果新版本不是Golden版本，且当前Flash中没有Golden版本，则返回错误码，停止固件升级(没有Golden版本时，首先需要将单固件逻辑存储状态升级为双固件逻辑存储状态，实现单固件到双固件的升级)；从而完成FPGA程序固件升级并将新版本信息属性更新至Flash末尾固件属性信息中，结束升级。

综上所述，通过本发明提供的FPGA程序文件备份管理系统、运行方法及升级方法，能够有效提高FPGA在加载Flash中程序文件时的稳定性，从而降低各类采用FPGA控制的产品在使用和升级程序的过程中变“砖”的几率，籍此确保各类采用FPGA的产品能够长期稳定使用，整体提高了使用此类技术的可靠性。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (6)

1.一种FPGA程序文件备份管理系统，其包括：

在Flash中设置第一及第二存储区域，并对应存储基础逻辑程序，及通用逻辑程序，其中基础逻辑程序包括：引导加载程序及基础功能逻辑程序，

当FPGA加载程序文件时，优先读取Flash中第一存储区域，依据引导加载程序跳转至第二存储区域并加载通用功能逻辑程序；

当第二存储区加载发生错误时，所述引导加载程序执行返回第一存储区域，并加载基础功能逻辑程序。

2.根据权利要求1所述FPGA程序文件备份管理系统，其中：

在Flash中还设有第三存储区域，以应存储基础逻辑程序，及通用逻辑程序的固件属性信息。

3.根据权利要求2所述FPGA程序文件备份管理系统，所述固件属性信息包括：基础逻辑程序，及通用逻辑程序的：CRC值、版本类型，版本文件的字节数，版本号及版本日期中的至少一种。

4.根据权利要求1所述FPGA程序文件备份管理系统，其中所述基础功能逻辑程序中包括FPGA在线升级程序。

5.一种如权利要求1所述FPGA程序文件备份管理系统的运行方法，步骤包括：

当FPGA首次加载时，优先读取Flash中第一存储区域内的引导加载程序；

依据引导加载程序，指令FPGA读取第二存储区域并加载通用功能逻辑程序，完成加载；

当读取第二存储区域或加载通用功能逻辑程序之一发生错误时，所述引导加载程序令FPGA返回Flash第一存储区域读取，并加载基础功能逻辑程序。

6.一种如权利要求2所述FPGA程序文件备份管理系统的升级方法，步骤包括：

优先擦写Flash第一存储区域以更新基础逻辑程序，并在第三存储区域内的固件属性信息中记录；

FPGA加载Flash第一存储区域内更新后的基础逻辑程序，以令擦写Flash第二存储区域更新通用逻辑程序，并在第三存储区域内的固件属性信息中记录；

FPGA读取Flash第三存储区域内的固件属性信息进行校验，以完成升级。