CN111045734B - 一种基于ima平台的软硬件程序一键固化系统及方法 - Google Patents

一种基于ima平台的软硬件程序一键固化系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于IMA平台的软硬件程序一键固化系统及固化方法，利用IMA平台统一的系统总线，通过包括主机端、目标机端、连接线缆的连接，完成系统内多个目标节点软硬件程序的并行加载、固化工作。本发明在主机端采用多进程控制技术，向多个目标节点并行加载目标文件；通过IMA平台提供的统一的、高速的系统总线把数据传输到每个目标节点上；在目标节点上通过一套通用的、兼容软硬件固化的代理程序，无须连接每个目标节点的串口，无须连接每个可编程器件的JTAG口，就可以完成软硬件程序固化工作，提高系统系统升级、维护的效率和便捷性。

Description

一种基于IMA平台的软硬件程序一键固化系统及方法
技术领域
本发明属于IMA平台技术领域，具体涉及一种基于IMA平台的软硬件程序一键固化系统及固化方法。
背景技术
随着机载综合化航空电子系统的不断发展，IMA平台系统的功能、性能不断增加，设备的集成度越来越高，节点越来越多，软硬件程序规模越来越大。在程序固化方面需要花费越来越多的时间，而且需要多种工具的配合才能完成软件程序、可编程逻辑的固化工作。驱动程序、配置信息、应用程序等软件程序常用的固化方式是通过串口加载工具，把目标文件传输到目标节点上，然后调用烧写程序把目标文件固化到各个节点的FLASH中，该方法存在的缺点是需要串口工具连接到每个目标机的串口，数据传输速度慢，而且需要逐个操作。可编程逻辑的固化一般是采用编程工具连接设备的JTAG口进行固化，把程序烧写到指定的PROM中，该方法存在的缺点是需要打开机箱，编程器线缆连接到每个目标节点的JTAG口才能完成固化操作，由于受到产品开盖，编程线缆长度等因素影响，该方法操作性较差。随着程序规模的增加，单节点一次固化时间可达几十分钟，整个系统完成固化需要数小时，效率低下；而且需要多种工具配合，在复杂环境下操作性差，给系统升级、维护造成一定的困难。
发明内容
本发明的目的：针对上述存在的问题，利用IMA平台统一的系统总线，通过主机端与目标机端的设备连接，完成系统软硬件程序的固化工作，提高系统升级、维护的效率和便捷性。
本发明的技术方案：
本发明提供一种基于IMA平台的软硬件程序一键固化系统，包括主机端、目标机端、连接线缆，其中，
主机端，是在PC机上集成有总线接口卡、离散量控制卡、加载器，总线接口卡用于将主机端接入到目标机端的系统总线上，离散量控制卡用于控制目标机端的启动工作模式，加载器用于向目标机端多个节点加载目标文件；
目标机端，是由IMA平台以及驻留在每个节点内的固化代理程序组成；
连接线缆，由通信接口线缆和离散量接口线缆两根组成，其中，通信接口线缆用于主机端和目标机端通信传输；离散量接口线缆用于目标机端启动工作模式的控制。
所述固化代理程序是一种驻留在目标端各节点上并用于完成目标文件地址解析、程序烧写、数据校验和结果反馈的程序代码。
所述加载器是一套树形可配置加载界面，根据需求选择目标节点并灵活配置目标地址，用于实现多个目标节点的并行加载。
本发明提供一种基于IMA平台的软硬件程序一键固化方法，采用了所述的固化系统：
(1)首先主机端加载器通过设置目标机端的离散量状态，控制目标机端的启动工作模式，使目标机端进入加载态，启动固化代理程序；
(2)主机端加载器并行发送目标文件，通过系统总线传输到IMA平台内各个节点；
(3)IMA平台内各个节点固化代理程序接收到目标文件后，进行数据的地址解析，确定目标地址，然后启动烧写程序，把目标文件烧写到指定地址空间中，完成数据的固化工作。
所述固化方法兼容软件程序与硬件程序的固化，软件程序由目标机端底层驱动、配置数据、应用程序组成并存储在FLASH中，FLASH通过配置FPGA映射在LOCALBUS的一段地址空间上，处理器通过访问指定的地址空间就可以实现对FLASH的读写操作，进而完成软件程序的固化；硬件程序是指可编辑逻辑程序存储在PROM中，通过FPGA把PROM映射在处理器LOCALBUS的一段地址空间上，处理器通过对指定地址空间的访问，就可以完成对PROM的读写操作，进而完成硬件程序的固化。
本发明的优点：
1.高效性：
本发明依托IMA平台高速的系统总线进行多目标节点数据的传输，以FC总线为例，传输带宽是2.5Gb/s,比常用的串口波特率为115200的速度提高约106倍，比通过编程器加载数据提高约103倍数。充分利用系统总线的高带宽，多个节点并行执行，提高了数据加载的速度，提高了系统升级、维护的效率；
2.便捷性：
本发明主机端和目标端只需连接一个光缆和一个电缆，无须连接所有目标节点串口，无须通过编程器连接每个目标FPGA的JTAG接口，启动主机端的主控加载程序，便可完成数据的加载；
3.并行性：
本发明在主机端通过VC++开发一套树形结构的可配置加载界面，通过多进程程序控制，多个目标节点的数据并发执行加载，无须单节点逐个烧写；
4.通用性：
本发明是一种适用于基于统一系统总线的IMA平台软硬件程序固化方法，可适应多种系统总线的系统，例如AFDX总线，FC总线，1394总线。可兼容软硬件程序的固化，通过一次配置相关地址信息，一键操作即可完成软硬件的固化工作，具有良好的通用性和可移植性。
附图说明
图1为主机端功能框图。
图2为目标机端单处理器节点功能框图。
图3为系统交联示意图。
图4为主机端树形可配置加载界面图。
图5目标节点地址空间映射示意图。
具体实施方式
本发明可用于基于统一系统总线的IMA平台，设备连接简单，操作方便，多个目标节点并行加载，兼容软硬件程序一键固化，提高了系统升级、维护的效率和便捷性。
本发明在主机端采用多进程控制技术，多个目标节点并行加载目标文件；利用IMA平台统一系统总线把目标文件传输到每个目标节点上；在目标节点上通过一套兼容软硬件固化需求的代理程序，完成目标文件地址解析和固化工作，具体实现过程如下：
一、系统组成
完成IMA平台多目标节点软硬件程序一键固化工作需要主机端，目标机端，连接线缆三部分的支持和配合。
1.主机端主要由便携式PC机，总线接口卡，离散量控制卡，主控加载器四部分组成，主机端功能框图如图1所示。
a).便携式PC机是加载软件运行的载体，通过配置总线接口卡，离散量控制卡对外提供和目标端连接的接口，完成系统控制和程序加载的人机交互操作界面；
b).总线接口卡主要将主机接入目标系统的系统总线网络，和目标端多个节点进行通信，完成加载数据的传输工作，总线接口卡具有多种总线通信接口，可适应不同系统总线的IMA平台；
c).离散量控制卡主要是在主机端软件控制下完成目标系统离散量设置，进而控制目标系统的启动工作模式，启动目标端固化代理程序；
d).主控加载器：完成主机对目标系统启动工作模式的设置以及完成可视化、多进程、多节点目标文件并行加载。
2.目标机端主要由IMA平台以及驻留在每个目标节点内的固化代理程序组成，目标机单处理器节点功能框图如图2所示。
a).IMA平台是航电任务系统的核心处理功能区，是统一系统总线的综合模块化处理系统，也是本设计中实现软硬件程序固化的目标机，包括多个处理器模块，每个处理器模块中有一个或者多个处理器节点，每个处理器节点都和系统主干网络联接，对外提供多路通信接口，具有多种工作模式，可以运行在空中态，也可以运行在地面调试态或者加载态；
b).固化代理程序，是一种驻留在目标端各节点上并用于完成目标文件地址解析、程序烧写、数据校验和结果反馈的程序代码，通过设置系统启动工作模式，BOOT程序引导启动目标节点固化代理程序，接收来自主机端的目标文件，完成地址解析，通过调用非易失性存储器数据烧写接口，完成固化工作。
3.连接线缆由通信接口线缆和离散量接口线缆两根组成：
a).通信接口线缆由2个电连接器以及导线组成，一端连接目标机多功能通信接口卡，另一端和主机端对外通信接口连接，完成主机和目标机端通信传输；
b).离散量接口线缆由2个电连接器以及导线组成，两端的电连接器用来连接主机端和目标机端，用于离散量信号控制。
二、系统交联
主机端通过2根电缆和目标机连接，通信电缆用于把主机接入目标机的主干网络，通过系统的交换网络把目标文件加载到每个目标节点上，离散量电缆主要用于主机端对目标机启动工作模式控制，使目标机工作到加载态，启动固化代理程序。系统交联示意如图3所示。
三、工作模式设置
目标系统在系统启动阶段，BOOT引导程序读取离散量信号状态，根据离散量信号状态启动不同的工作模式。系统由四个离散量信号(GSE#，MAINT，SS0，SS1)来控制系统的启动工作模式。具体启动工作模式和离散量信号设置对应关系如表1所示。
表1系统工作模式和离散量信号设置对应关系
序号 GSE# MAINT SS0 SS1 工作模式
1 1 X X X 空中态
2 0 1 X X 维护态
3 0 0 1 X 加载态
4 0 0 0 1 仿真态
5 0 0 0 0 调试态
主机端通过电缆和目标机电接口连接，通过离散量控制卡设置系统离散量信号状态，目标机在启动时进入加载态，启动目标机端软硬件固化代理程序。
四、并行加载
主机端加载器根据目标机系统架构设计成树形加载界面。整个系统是一个根节点，每个模块对应一个子节点，每个模块内的每个处理器为下一级子节点，每个节点均是可配置的，每个子节点对应一个目标地址。主机端树形可配置加载界面如图4所示。采用多进程控制技术，多个目标节点并行执行数据传输。
五、地址空间映射
处理器的底层驱动，配置数据，应用程序存储在FLASH中，FLASH通过配置FPGA映射在LOCALBUS的一段地址空间上，处理器通过访问指定的地址空间就可以实现对FLASH的读写操作。
硬件逻辑是存储在FPGA的PROM中，PROM通过JTAG接口可以完成对硬件逻辑的烧写。系统上电的时候PROM通过配置接口完成对FPGA数据的加载，当配置完成后FPGA正常运行，PROM就相当于一个存储外设，FPGA通过配置接口可以对PROM进行读写访问。通过FPGA把PROM映射在处理器LOCALBUS的一段地址空间上，处理器通过对指定地址空间的访问，就可以完成对PROM的读写操作。目标节点地址空间映射示意见图5所示。
六、目标地址解析
目标地址解析包括两个地方的内容，一个是主机端数据到各目标节点地址的解析；另一个是目标节点内对加载的目标文件进行固化地址解析。
主机端到目标节点地址解析是由系统中的网络交换机自动完成数据包目标地址的识别和转发的。主机端给每个目标节点加载的数据都封装了目标节点地址，数据到达网络交换机后，由网络交换机根据目的地址自动转发到目标节点。
目标节点内部对加载数据的地址解析是由固化代理程序完成地址解析的，主机端在进行目标文件封装的时候把待固化文件的地址封装在数据包中的XML文件中。目标节点固化代理程序通过解析数据包中的XML文件，解析出每个目标文件具体在系统中对应的地址，然后调用烧写程序把文件固化到对应的非易失性存储器中。
七、加载流程
1.首先主机端主控程序通过设置系统离散量状态，控制系统的启动工作模式，使系统进入地面加载态，目标机启动固化代理程序等待主机端传输数据；
2.主机端启动主控加载器通过多进程控制并行发送目标文件，通过系统交换网络传输到系统内各个处理器节点；
3.系统内各节点固化代理程序接收到来自加载接口的数据后，进行数据的地址解析，确定目标地址后，启动非易失性存储器烧写程序，按照一定的序列码格式把目标文件烧写到指定地址空间中，完成数据的固化工作。

Claims (3)

1.一种基于IMA平台的软硬件程序一键固化系统，其特征在于：包括主机端、目标机端、连接线缆，其中，
主机端，是在PC机上集成总线接口卡、离散量控制卡、加载器，总线接口卡用于将主机端接入到目标机端的系统总线上，离散量控制卡用于控制目标机端的启动工作模式，加载器用于向目标机端多个节点加载目标文件；
目标机端，是由IMA平台以及驻留在每个节点内的固化代理程序组成；所述固化代理程序是一种驻留在目标端各节点上并用于完成目标文件地址解析、程序烧写、数据校验和结果反馈的程序代码；
连接线缆，由通信接口线缆和离散量接口线缆两根组成，其中，通信接口线缆用于主机端和目标机端通信传输；离散量接口线缆用于目标机端启动工作模式的控制。
2.如权利要求1所述的一种基于IMA平台的软硬件程序一键固化系统，其特征在于：所述加载器是一套树形可配置加载界面，根据需求选择目标节点并灵活配置目标地址，用于实现多个目标节点的并行加载。
3.一种基于IMA平台的软硬件程序一键固化方法，采用了如权利要求1所述的固化系统，其特征在于：
(1)首先主机端加载器通过设置目标机端的离散量状态，控制目标机端的启动工作模式，使目标机端进入加载态，启动固化代理程序；
(2)主机端加载器并行发送目标文件，通过系统总线传输到IMA平台内各个节点；
(3)IMA平台内各个节点固化代理程序接收到目标文件后，进行数据的地址解析，确定目标地址，然后启动烧写程序，把目标文件烧写到指定地址空间中，完成数据的固化工作；所述固化工作兼容软件程序与硬件程序的固化，软件程序由目标机端底层驱动、配置数据、应用程序组成并存储在FLASH中，FLASH通过配置FPGA映射在LOCALBUS的一段地址空间上，处理器通过访问指定的地址空间就可以实现对FLASH的读写操作，进而完成软件程序的固化；硬件程序是指可编辑逻辑程序存储在PROM中，通过FPGA把PROM映射在处理器LOCALBUS的一段地址空间上，处理器通过对指定地址空间的访问，就可以完成对PROM的读写操作，进而完成硬件程序的固化。
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