CN110505071A - 局域网内fpga板卡的远程更新方法、系统及相关装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种局域网内FPGA板卡的远程更新方法，包括：向FPGA板卡发送第一广播包，以确定FPGA板卡的板卡ID；向FPGA板卡发送第二广播包，以便为FPGA板卡分配MAC地址和IP地址；在局域网内发送第三广播包，以使FPGA板卡读写第三广播包并根据rpd更新文件进行板卡更新。本申请使用以太网的广播数据包形式，极大的缩短远程更新的时间，增强了系统的可靠性，且由于只使用现有网卡电路，不需要进行其他的修改，避免了硬件成本的大幅增加。本申请还提供一种局域网内FPGA板卡的远程更新系统、一种计算机可读存储介质和一种FPGA板卡更新服务器，具有上述有益效果。

Description

局域网内FPGA板卡的远程更新方法、系统及相关装置

技术领域

本申请涉及服务器领域，特别涉及一种局域网内FPGA板卡的远程更新方法、系统及相关装置。

背景技术

FPGA板卡是目前在各类电子系统中大规模应用的一种关键可编程器件。由于其灵活的接口特性与强大的并行流水线计算能力，使其在航天、医疗等多个领域有着广泛的应用。而随着深度学习、大数据等技术的发展，计算量越来越大，单FPGA板卡已远远无法满足系统的计算能力需求，而多FPGA板卡处理方案也越来越受到系统开发者的重视。

FPGA板卡个数的增加带来了相应的升级问题，以往的FPGA板卡升级多采用以下两种方式，一、通过专用仿真器通过专用JTAG插座，在专用软件仿真环境下进行烧写。采用这种方式，外在限制条件较多，在升级时通常需要打开设备外壳以连接仿真器和JTAG插座，很难适应远程在线升级的要求，对于多FPGA的升级很难实现。二、通过以太网等现场总线将镜像文件传入FPGA板卡，并由FPGA板卡自行将镜像烧写入Flash中的远程升级FPGA程序的方式。这种方式可以很好的解决远程更新的问题，但是对于FPGA板卡个数增加带来的升级问题，升级中单个FPGA板卡的升级故障问题，升级过程中的可靠性差等问题都没有很好的解决，因此如何提高FPGA板卡升级效率是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种局域网内FPGA板卡的远程更新方法、系统、一种计算机可读存储介质和一种FPGA板卡更新服务器，能够提高FPGA板卡更新效率。

为解决上述技术问题，本申请提供一种局域网内FPGA板卡的远程更新方法，具体技术方案如下：

向所述FPGA板卡发送第一广播包，所述第一广播包包括查询请求，以确定所述FPGA板卡的板卡ID；

向所述FPGA板卡发送第二广播包，以便根据所述节点ID为所述FPGA板卡分配MAC地址和IP地址；

在局域网内发送第三广播包，以使所述FPGA板卡读写所述第三广播包中的rpd更新文件并根据所述rpd更新文件进行板卡更新。

其中，向所述FPGA板卡发送查询请求之前，还包括：

与所述FPGA板卡建立socket连接，设定数据包类型为广播包。

其中，为每个所述FPGA板卡分配MAC地址和IP地址包括：

向所述FPGA板卡发送包含地址配置请求的第四广播包；

所述FPGA板卡解析所述地址配置请求，得到板卡ID对应的所述MAC地址和所述IP地址；

所述FPGA板卡根据所述MAC地址和所述IP地址设定网关配置。

其中，为每个所述FPGA板卡分配MAC地址和IP地址之后，还包括：

将所述板卡ID、所述MAC地址和所述IP地址以数组形式保存。

其中，所述FPGA板卡读写所述第三广播包中的rpd更新文件并根据所述rpd更新文件进行板卡更新之后，还包括：

向所述FPGA板卡发送远程加载请求；

若所述FPGA板卡加载成功，则所述FPGA板卡更新成功。

其中，还包括：

当第三广播包和后续所有广播包中任一个发送失败或发送超时时，利用所述FPGA板卡对应的MAC地址和IP地址重组成单播数据包发送至所述FPGA板卡。

本申请还提供一种局域网内FPGA板卡的远程更新系统，包括：

确认模块，用于向所述FPGA板卡发送第一广播包，所述第一广播包包括查询请求，以确定所述FPGA板卡的板卡ID；

地址分配模块，用于向所述FPGA板卡发送第二广播包，以便根据所述节点ID为所述FPGA板卡分配MAC地址和IP地址；

远程更新模块，用于在局域网内发送第三广播包，以使所述FPGA板卡读写所述第三广播包中的rpd更新文件并根据所述rpd更新文件进行板卡更新。

其中，还包括：

容错模块，用于当第三广播包和后续所有广播包中任一个发送失败或发送超时时，利用所述FPGA板卡对应的MAC地址和IP地址重组成单播数据包发送至所述FPGA板卡。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的远程更新方法的步骤。

本申请还提供一种FPGA板卡更新服务器，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如上所述的远程更新方法的步骤。

本申请提供一种局域网内FPGA板卡的远程更新方法，包括：向所述FPGA板卡发送第一广播包，所述第一广播包包括查询请求，以确定所述FPGA板卡的板卡ID；向所述FPGA板卡发送第二广播包，以便根据所述节点ID为所述FPGA板卡分配MAC地址和IP地址；在局域网内发送第三广播包，以使所述FPGA板卡读写所述第三广播包中的rpd更新文件并根据所述rpd更新文件进行板卡更新。

本申请通过广播包确认FPGA板卡的板卡ID以确认当前局域网内FPGA板卡的数量，并给FPGA板卡配置固定的MAC地址和IP地址，之后将远程更新文件都通过广播包的形式发送给所有FPGA板卡进行远程更新。使用以太网的广播数据包形式，极大的缩短远程更新的时间，增强了系统的可靠性，且由于只使用现有网卡电路，不需要进行其他的修改，避免了硬件成本的大幅增加。本申请还提供一种局域网内FPGA板卡的远程更新系统、一种计算机可读存储介质和一种FPGA板卡更新服务器，具有上述有益效果，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种局域网内FPGA板卡的远程更新方法的流程图；

图2为本申请实施例所提供的一种局域网内FPGA板卡的远程更新流程示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种局域网内FPGA板卡的远程更新系统结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种局域网内FPGA板卡的远程更新方法的流程图，该远程更新方法包括：

S101：向所述FPGA板卡发送第一广播包，所述第一广播包包括查询请求，以确定所述FPGA板卡的板卡ID；

第一广播包实际上用于查询FPGA板卡的数量及各FPGA板卡的板卡ID，具体的，本步骤可以包括如下三个步骤：

步骤1、服务器端启动程序，建立socket连接，采用报式(SOCK_DGRAM)socket类型，设置发送数据包类型为广播数据包(SO_BROADCAST)。

步骤2、广播发送数据包，根据与FPGA板卡定义的协议内容，发送FPGA板卡的数量查询请求，等待FPGA板卡应答。

步骤3、由于广播包的特性，所有局域网内的FPGA板卡都会接收到数据包，并且根据定义的协议解析数据包内容，发现是FPGA的板卡查询请求，FPGA板卡会根据协议发送应答查询数据包并且将FPGA板卡的ID填入应答数据包中发送给服务器。

特别的，服务器还可以建立守护进程用于接收FPGA板卡发送的命令，接收到FPGA板卡发送的应答查询数据包并解析后，根据不同ID号的数量建立FPGA板卡对应的结构体数组，该结构体数组用于存储各个FPGA板卡的信息，将板卡ID、MAC地址和IP地址以数组形式保存。

S102：向所述FPGA板卡发送第二广播包，以便根据所述节点ID为所述FPGA板卡分配MAC地址和IP地址；

本步骤可以包括如下三个步骤：

第一步、通过ID识别过程确定FPGA板卡数量后，根据每个FPGA板卡唯一的ID号分配唯一的MAC和IP地址信息。并将其存储到S101中建立的存储FPGA板卡信息的结构体数组中。

第二步、服务器根据定义的协议要求发送地址配置请求，并且根据ID+MAC地址+IP地址信息的形式，长度为12字节，填充广播包，由于以太网最大有效载荷为1500字节，减去IP部首和UDP部首后为1472字节，所以一个广播包最多可以配置120个FPGA板卡，如果FPGA板卡数量超过120可以使用多个广播包发送，发送完成后等待FPGA板卡应答。

第三步、由于广播包的特性，所有局域网内的FPGA板卡都会接收到数据包，并且根据定义的协议解析数据包内容，发现是地址配置请求，并且通过判断ID来确认是设置这个MAC和IP地址还是直接丢弃这个广播包，设置MAC和IP地址成功后，FPGA板卡会根据协议发送应答地址设置成功并且将FPGA板卡的ID填入应答包发送给服务器。

优选的，服务器使用上一步骤中建立的守护进程，接收到FPGA板卡发送的应答地址设置成功数据包并解析后，根据ID号找到存储FPGA相应ID板卡信息的结构体，设置地址存储成功标志。

S103：在局域网内发送第三广播包，以使所述FPGA板卡读写所述第三广播包中的rpd更新文件并根据所述rpd更新文件进行板卡更新。

通过ID识别过程确定FPGA板卡数量后，根据每个FPGA板卡唯一的ID号分配唯一的MAC和IP地址信息。并将其存储到步骤4建立的存储FPGA板卡信息的结构体中。

服务器根据定义的协议要求发送地址配置请求，并且根据ID+MAC地址+IP地址信息的形式，长度为12字节，填充广播包，由于以太网最大有效载荷为1500字节，减去IP部首和UDP部首后为1472字节，所以一个广播包最多可以配置120个FPGA板卡，如果FPGA板卡数量超过120可以使用多个广播包发送，发送完成后等待FPGA板卡应答。

由于广播包的特性，所有局域网内的FPGA板卡都会接收到数据包，并且根据定义的协议解析数据包内容，发现是地址配置请求，并且通过判断板卡ID来确认是设置这个MAC和IP地址还是直接丢弃这个广播包，设置MAC地址和IP地址成功后，FPGA板卡会根据协议发送应答地址设置成功并且将FPGA板卡的板卡ID填入应答包发送给服务器。

服务器使用守护进程，接收到FPGA板卡发送的应答地址设置成功数据包并解析后，根据ID号找到存储FPGA相应ID板卡信息的结构体，设置地址存储成功标志。

服务器读取用于远程更新的rpd文件到内存中。由于FPAG板卡的Flash特性限定，Flash的写操作一次只能写入64bytes的数据，一次读操作最多只能读取Flash的256bytes数据，基于上述的理论，根据协议要求发送FPGA的Flash写操作请求，并将数据填充到数据包中，每次广播数据为64bytes，广播数据包发送4次，总共256bytes，并且在每个数据包中增加序号用来确定每包数据的顺序，发送完成后等待FPGA板卡应答。

由于广播包的特性，所有局域网内的FPGA板卡都会接收到数据包，并且根据定义的协议解析数据包内容，发现是FPGA的Flash写操作请求，并解析数据序号，将接收的4组数据排序后写入到Flash中去，写入完成后再将Flash中的256bytes数据读出，FPGA板卡会根据协议发送应答Flash写操作请求并且将读出来的数据和FPGA的ID填入应答包发送给服务器。

服务器使用守护进程，接收到FPGA板卡发送的应答Flash写操作请求数据包并解析后，通过和发送的256bytes进行对比，确认Flash的写请求是否成功，根据ID号找到存储FPGA相应ID板卡信息的结构体，如果成功设置成功标志并进行成功计数，如果失败执行出错处理机制。

重复执行直到将所有rpd更新文件全部更新到FPGA板卡的Flash中，完成远程更新的过程。

在FPGA板卡完成更新后，为了确定所有FPGA板卡远程更新完成，根据协议要求发送FPGA板卡远程加载请求，等待FPGA板卡应答。

具体的可以包括：向FPGA板卡发送远程加载请求；若FPGA板卡加载成功，则FPGA板卡更新成功。

由于广播包的特性，所有局域网内的FPGA板卡都会接收到数据包，并且根据定义的协议解析数据包内容，发现是FPGA的远程加载请求，FPGA执行远程加载成功后，FPGA板卡会根据协议发送应答Flash远程加载请求并且将FPGA的ID填入应答包发送给服务器。

服务器使用守护进程，接收到FPGA板卡发送的应答Flash远程加载请求数据包并解析后，根据ID号找到存储FPGA相应ID板卡信息的结构体，设置远程加载成功标志，到此FPGA的远程更新和加载全部完成。

下面介绍出错处理机制：

当第三广播包和后续所有广播包中任一个发送失败或发送超时时，利用所述FPGA板卡对应的MAC地址和IP地址重组成单播数据包发送至所述FPGA板卡。

在ID识别过程和MAC和IP地址配置过程没有起到作用，原因在于如果这两个过程出错，基本可以确定是硬件问题，以太网不能识别到FPGA板卡设备。

在远程更新和加载过程中，由于以太网的特性，会有小概率存在某个数据包丢包的问题，在上一实施例建立的守护进程中，每次发送数据包后会检测所有ID对应的FPGA板卡的执行状态，并且存在超时机制，如果发现某次接收状态为失败并且出现超时情况，若两种情况同时存在，代表数据包丢失，或者操作不成功，此时服务器会使用出错ID的FPGA板卡的MAC和IP地址重组一个单播数据包直接发送给对应的FPGA板卡，以达到快速响应出错机制的目的。

由于FPGA板卡存在一个根据出厂的顺序设置的默认ID号，保证每个FPGA板卡的ID独立并且不重复，服务器通过广播包确认当前局域网内存在多少FPGA板卡，并给所用板卡配置固定的MAC地址和IP地址，之后将远程更新文件都通过广播包的形式发送给所有FPGA板卡进行远程更新，所有FPGA板卡应答数据包，完成信息同步，如果服务器在通信过程中发现某个FPGA板卡通信错误，会单独向出错FPGA板卡发送单播数据包，直至最终达到所有FPGA板卡远程更新的目的。最后服务器再通过广播的形式发送远程加载命令，使FPGA板卡加载最新程序。本方法由于使用以太网的广播数据包形式，极大的缩短远程更新的时间，对所有的FPGA板卡更新存在差错处理机制，增强了系统的可靠性，且由于只使用现有网卡电路，不需要进行其他的修改，避免了硬件成本的大幅增加。

下面对本申请实施例提供的一种局域网内FPGA板卡的远程更新系统进行介绍，下文描述的一种局域网内FPGA板卡的远程更新系统与上文描述的一种局域网内FPGA板卡的远程更新方法可相互对应参照。

参见图3，图3为本申请实施例所提供的一种局域网内FPGA板卡的远程更新系统结构示意图，该系统包括：

确认模块100，用于向所述FPGA板卡发送第一广播包，所述第一广播包包括查询请求，以确定所述FPGA板卡的板卡ID；

地址分配模块200，用于向所述FPGA板卡发送第二广播包，以便根据所述节点ID为所述FPGA板卡分配MAC地址和IP地址；

远程更新模块300，用于在局域网内发送第三广播包，以使所述FPGA板卡读写所述第三广播包中的rpd更新文件并根据所述rpd更新文件进行板卡更新。

基于上述实施例，作为优选的实施例，还包括：

容错模块，用于当第三广播包和后续所有广播包中任一个发送失败或发送超时时，利用所述FPGA板卡对应的MAC地址和IP地址重组成单播数据包发送至所述FPGA板卡。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本申请还提供了一种FPGA板卡更新服务器，可以包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的步骤。当然所述FPGA板卡更新服务器还可以包括各种网络接口，电源等组件。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的系统而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种局域网内FPGA板卡的远程更新方法，其特征在于，包括：

向所述FPGA板卡发送第一广播包，所述第一广播包包括查询请求，以确定所述FPGA板卡的板卡ID；

向所述FPGA板卡发送第二广播包，以便根据所述节点ID为所述FPGA板卡分配MAC地址和IP地址；

在局域网内发送第三广播包，以使所述FPGA板卡读写所述第三广播包中的rpd更新文件并根据所述rpd更新文件进行板卡更新。

2.根据权利要求1所述的远程更新方法，其特征在于，向所述FPGA板卡发送查询请求之前，还包括：

与所述FPGA板卡建立socket连接，设定数据包类型为广播包。

3.根据权利要求1所述的远程更新方法，其特征在于，为每个所述FPGA板卡分配MAC地址和IP地址包括：

向所述FPGA板卡发送包含地址配置请求的第四广播包；

所述FPGA板卡解析所述地址配置请求，得到板卡ID对应的所述MAC地址和所述IP地址；

所述FPGA板卡根据所述MAC地址和所述IP地址设定网关配置。

4.根据权利要求1所述的远程更新方法，其特征在于，为每个所述FPGA板卡分配MAC地址和IP地址之后，还包括：

将所述板卡ID、所述MAC地址和所述IP地址以数组形式保存。

5.根据权利要求1所述的远程更新方法，其特征在于，所述FPGA板卡读写所述第三广播包中的rpd更新文件并根据所述rpd更新文件进行板卡更新之后，还包括：

向所述FPGA板卡发送远程加载请求；

若所述FPGA板卡加载成功，则所述FPGA板卡更新成功。

6.根据权利要求1-5任一项所述的远程更新方法，其特征在于，还包括：

当第三广播包和后续所有广播包中任一个发送失败或发送超时时，利用所述FPGA板卡对应的MAC地址和IP地址重组成单播数据包发送至所述FPGA板卡。

7.一种局域网内FPGA板卡的远程更新系统，其特征在于，包括：

确认模块，用于向所述FPGA板卡发送第一广播包，所述第一广播包包括查询请求，以确定所述FPGA板卡的板卡ID；

地址分配模块，用于向所述FPGA板卡发送第二广播包，以便根据所述节点ID为所述FPGA板卡分配MAC地址和IP地址；

远程更新模块，用于在局域网内发送第三广播包，以使所述FPGA板卡读写所述第三广播包中的rpd更新文件并根据所述rpd更新文件进行板卡更新。

8.根据权利要求7所述的远程更新系统，其特征在于，还包括：

容错模块，用于当第三广播包和后续所有广播包中任一个发送失败或发送超时时，利用所述FPGA板卡对应的MAC地址和IP地址重组成单播数据包发送至所述FPGA板卡。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的远程更新方法的步骤。

10.一种FPGA板卡更新服务器，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述的远程更新方法的步骤。