CN111142914B - 一种基于zynq固件升级的方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ZYNQ固件升级的方法及计算机可读存储介质，该方法包括：建立客户端与ZYNQ PS端的数据链接，将升级固件发送至ZYNQ的PS端；ZYNQ PS端根据升级固件的类型将其存入FLASH的对应分区内；其中，升级固件类型为ARM升级固件存入FLASH的第一分区，升级固件类型为FPGA升级固件存入FLASH的第二分区；配置ZYNQ从FLASH第一分区启动，FPGA配置成被动加载模式；在基带板上电时，ZYNQ从FLASH第一分区启动，并将第二分区升级固件发送给FPGA，实现FPGA从FLASH第二分区启动。本发明不仅减少了开发的任务量，降低开发难度以及人力资源和时间成本，满足对于以ARM和FPGA为核心器件的基带板固件升级的灵活性需求。

Description

一种基于ZYNQ固件升级的方法及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基于ZYNQ固件升级的方法及计算机可读存储介质。

背景技术

随着产品功能的提升，在以ZYNQ与FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)作为核心器件的基带板架构中，可能需要对ZYNQ和FPGA的固件进行升级来满足不断更新的用户需求。ZYNQ实质上是一个集成有ARM(Advanced RISC Machines，高级精简指令集处理器)核的FPGA器件，赛灵思提供了将ZYNQ中的FPGA固件集成在ARM固件中的方法，所以对ZYNQ进行固件升级可以简单理解成对ARM进行固件升级。ARM的启动方式可以根据需求设置成从FLASH启动、SD卡启动等多种方式，ARM的固件通常放在存储介质的指定分区中；FPGA的启动方式通常有三种：JTAG方式、主动配置方式以及被动配置方式。JTAG常用于调试，主动配置方式需要FPGA主动去读取存储介质中的固件，耗费资源，被动配置方式可以借助外界其他控制器来实现对FPGA的加载操作，通常JTAG方式不用做固件升级用，因为用JTAG方式对固件加载耗时较长，效率低下。

对于以ZYNQ和FPGA作为核心器件的基带板架构而言，对其进行固件更新操作，实质上就是分别对ARM和FPGA进行更新。ARM的固件主要是LINUX系统镜像，FPGA的固件就是逻辑文件。对ARM进行固件更新可以利用ARM的一些总线接口来接收新版本的固件，再将新版本的固件替换之前存放在存储介质中的固件，就可以实现对ARM的固件更新操作。对FPGA进行固件更新则要根据FPGA的启动方式来决定，如果是主动加载方式就需要更新FPGA外挂存储介质中的文件；如果是被动加载则需要更新其他控制器中存放的FPGA固件。对以ZYNQ和FPGA作为核心器件的基带板而言，如果要实现对ARM和FPGA的固件更新操作，这就需要开发两套程序来实现对ARM和FPGA的固件升级，不仅增大了开发的任务量以及难度，浪费人力资源和时间，也无法满足对于以ARM和FPGA为核心器件的基带板固件升级灵活性需求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于ZYNQ固件升级的方法及计算机可读存储介质，不仅减少了开发的任务量，降低开发难度以及人力资源和时间成本，满足对于以ARM和FPGA为核心器件的基带板固件升级的灵活性需求。

根据本发明的第一方面实施例的一种基于ZYNQ固件升级的方法，包括：

建立客户端与ZYNQ PS端的数据链接，将升级固件发送至ZYNQPS端；

ZYNQ PS端根据升级固件的类型将其存入FLASH的对应分区内；其中，升级固件类型为ARM升级固件存入FLASH的第一分区，升级固件类型为FPGA升级固件存入FLASH的第二分区；

配置ZYNQ从FLASH第一分区启动，FPGA配置成被动加载模式；基带板上电，ZYNQ从FLASH第一分区启动，并将第二分区升级固件发送给FPGA，实现FPGA从FLASH第二分区启动。

在上述方法中，建立客户端与ZYNQ PS端的数据链接，将升级固件发送至ZYNQ的PS端；包括：

建立网络服务端，等待ZYNQ PS端的烧写模块的网络连接请求，建立ZYNQ PS端的烧写模块与客户端的网络连接；

将升级固件读入内存缓冲区中，进行校验，得到校验值；

获取该升级固件用户配置的文件类型信息，将校验值和文件类型信息添加进内存缓冲区的头部C字节中；

对内存缓冲区中的升级固件数据进行分包，将数据包通过网络数据链路发送至PS端的烧写模块。

在上述方法中，建立客户端与ZYNQ PS端的数据链接，将升级固件发送至ZYNQPS端，还包括：

在客户端建立网络服务端，等待ZYNQ PS端的网络连接请求后，客户端通过LINUX的网络服务功能将烧写模块传送至ZYNQ的LINUX操作系统的根文件目录下；

客户端通过LINUX的远程登录功能登录ZYNQ的LINUX系统，修改烧写模块的执行权限，并运行烧写模块。

在上述方法中，ZYNQ PS端根据升级固件的类型将其存入FLASH的对应分区内，包括：

ZYNQ PS端的烧写模块建立网络客户端，请求与网络服务端的连接；

待网络连接成功后，烧写模块接收客户端发送过来的升级固件的数据包，并建立一个临时文件，将收到的数据包存放到临时文件中；

烧写模块对完整数据包组成的文件进行解析，提取校验信息、文件类型信息以及有效文件，并将有效文件作为升级固件保存；

烧写模块对升级固件进行CRC校验，并将校验结果与收到的校验信息对比，判断收到的升级固件是否完整正确；

在升级固件正确时，根据解析出来的文件类型信息判断该升级固件是否为ARM升级固件；

如果是ARM升级固件，将升级固件存入FLASH第一分区；否则，将升级固件存入FLASH第二分区。

在上述方法中，ZYNQ将第二分区升级固件发送给FPGA，包括：

ZYNQ PS端的加载模块将存放在FLASH第二分区中的FPGA的升级固件读入DDR4中，并进行拆包处理；

PS端的加载模块配置FPGA的复位寄存器，触发FPGA的复位动作；

PS端的加载模块利用AXI-DMA建立与ZYNQ PL端之间的数据传输链路；

PS端的加载模块配置AXI-DMA的工作模式为DIRECT模式；

PS端的加载模块通过AXI-DMA将DDR4中升级固件的数据包配置给FPGA。

在上述方法中，所述PS端的加载模块配置FPGA的复位寄存器，触发FPGA的复位动作，包括：

将FPGA的启动配置引脚通过拨码开关设置为被动加载模式，并将FPGA的复位引脚直连在ZYNQ PL端的IO口上；

ZYNQ PL端将复位引脚的值映射成寄存器，并通过AXI-LITE总线将寄存器的配置入口提供给ZYNQ PS端；

PS端的加载模块配置FPGA的复位寄存器，触发FPGA的复位动作。

在上述方法中，所述PS端的加载模块配置FPGA的复位寄存器为1，触发FPGA的复位动作。

在上述方法中，PS端的加载模块通过AXI-DMA将DDR4中升级固件的数据包配置给FPGA，包括：

PL端的加载模块将每个数据包通过AXI-DMA发送给ZYNQ PL端；

PL端将收到的数据包缓存在FIFO存储器中，并转换成比特流；

在FPGA复位引脚的上升沿将比特流配置给FPGA。

根据本发明的第二方面实施例的一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如第一方面所述的一种基于ZYNQ固件升级的方法。

本发明实施例将ARM升级固件和FPGA升级固件存入FLASH的不同分区，配置ZYNQ直接从FLASH对应分区启动，FPGA配置成被动加载模式，并利用ZYNQ从对应分区读取FPGA的升级固件，将FPGA的升级固件发送给FPGA，实现ZYNQ和FPGA从不同分区启动，通过一套升级流程实现ZYNQ和FPGA的固件升级，不仅减少了开发的任务量，降低开发难度以及人力资源和时间成本，满足对于以ARM和FPGA为核心器件的基带板固件升级的灵活性需求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中以ZYNQ作为核心器件基带板的系统框架示意图。

图2为本发明实施例提供的一种基于ZYNQ固件升级方法的流程图。

图3为本发明实施例提供的步骤S100的流程图。

图4为本发明实施例提供的步骤S100的流程图。

图5为本发明实施例一提供的自动加载模块功能流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

图1展示了以ZYNQ作为核心器件基带板的系统框架图。本发明包含的升级方法需要基带板外挂一片FLASH(或同类存储装置)和一片用于LINUX操作系统运行的DDR4(DoubleData Rate Synchronous Dynamic Random Access Memor y，第四代双倍速率同步动态随机存储器)。

根据本发明的一些实施例，FLASH(Flash EEPROM，闪存)中第一分区存放ARM的固件，FLASH第二分区存放FPGA的固件；ZYNQ中PS(Processing Syste m，处理系统)端运行安装有支持SSH(Secure Shell，安全外壳协议)服务、FT P(File Transfer Protocol，文件传输协议)服务的LINUX操作系统。

本发明要求ZYNQ的启动方式配置为从FLASH第一分区启动，FPGA配置成被动加载模式，由ZYNQ将FLASH第二分区的升级固件加载至FPGA。

实施例一、

如图2所示，本实施例提供的一种基于ZYNQ固件升级方法，包括以下步骤：

步骤S100、利用存放于计算机中的客户端实现：建立客户端与ZYNQ PS端的烧写模块的数据链接，将升级固件发送至ZYNQ的PS端。

在本实施例中，ZYNQ PS端的烧写模块的可执行文件直接存放在客户端的工程中，在需要进行固件升级时，利用LINUX系统提供的网络服务功能，客户端可实现自动将烧写模块加载进ZYNQ的LINUX中，并启动ARM的烧写模块；建立A RM烧写模块与客户端的数据链路，实现固件从客户端传送至ARM烧写程序侧的功能。

步骤S200、利用存放于ZYNQ PS端的烧写模块实现：烧写模块判断接收的升级固件类型，并根据升级固件的类型将其存入FLASH的对应分区内，如果是A RM升级固件存入FLASH的第一分区，如果是FPGA升级固件存入FLASH的第二分区，实现FLASH中升级固件的更新，即当需要进行ARM固件更新时，更新文件会被存放于第一分区中；当需要进行FPGA固件更新时，更新文件会被存放于第二分区中。

步骤S300、利用存放在ZYNQ PS端加载模块实现，FPGA实现从FLASH中的第二分区启动：配置ZYNQ从FLASH第一分区启动，FPGA配置成被动加载模式，在基带板上电时，ZYNQ从FLASH第一分区启动，并将第二分区升级固件发送给FPGA，完成FPGA升级固件的被动加载，实现FPGA从FLASH第二分区启动。

在本实施例中，如图3所示，步骤S100包括但不限于以下步骤：

步骤S101、PC侧客户端建立网络服务端，等待ZYNQ的PS端烧写模块的网络连接请求。

步骤S102、客户端通过LINUX的网络服务功能(例如FTP服务，但不限于F TP服务)，将烧写模块传送至ZYNQ的LINUX操作系统的根文件目录下。

需要注意的是，如果之前已经将烧写模块发送到LINUX系统中，且没有更新LIUNX系统镜像，步骤S102可以跳过。

步骤S103、客户端通过LINUX的远程登录功能(例如SSH服务，但不限于SSH服务)登录ZYNQ的LINUX系统，修改烧写模块的执行权限，并运行烧写模块。

步骤S104、建立烧写模块与客户端的网络连接，客户端升级固件读入计算机内存缓冲区中，进行校验，并获取该升级固件用户配置的文件类型信息，将校验值和文件类型信息添加进内存缓冲区的头部C字节中。

步骤S105、对内存缓冲区中的升级固件数据进行分包，分成P个长度为Q字节的数据包，并将Q字节的数据包通过网络数据链路发送至PS的烧写模块中；直到P个数据包全部发送完毕。

在本实施例中，如图4所示，步骤S200包括但不限于以下步骤：

步骤S201、ZYNQ ARM的烧写模块建立网络客户端，请求与网络服务端的连接。

步骤S202、待网络连接成功后，烧写模块接收客户端发送过来的升级固件的数据包，并建立一个临时文件，将收到的数据包存放到临时文件中，直到所有的数据包都接收完毕。

步骤S203、烧写模块对接收的完整数据包组成的文件进行解析，提取校验信息、文件类型信息以及有效文件，将有效文件作为升级固件保存为对应文件中。

步骤S204、烧写模块对升级固件进行CRC校验，并将校验结果与收到的校验信息对比，判断收到的升级固件是否完整且正确，如果正确，执行步骤S205；否则，将错误信息反馈给客户端。

步骤S205、根据解析出来的文件类型信息进行判断该升级固件是ARM升级固件还是FPGA升级固件；若文件类型为ARM固件，执行步骤S206；否则执行步骤S207。

步骤S206、将升级固件保存为ZYNQ.bin,并拷贝进FLASH第一分区中，然后执行步骤S208。

步骤S207、将升级固件保存为FPGA.bit，并拷贝进FLASH的第二分区中，执行步骤S208。

步骤S208、待烧写完成，返回操作结果给客户端。

在本实施例步骤S300中，如图5所示，ZYNQ将第二分区升级固件发送给F PGA，实现FPGA从FLASH第二分区启动，包括但不限于以下步骤：

步骤S301、ZYNQ ARM PS端的加载模块将存放在FLASH第二分区中的FPG A升级固件读入DDR4中，进行拆包处理，将FPGA的固件拆成N个数据包，每个数据包的长度为M字节。

步骤S302、ZYNQ ARM的加载模块将FPGA的复位寄存器置1，拉高FPGA的复位引脚，触发FPGA的复位动作。

在本实施例中，要实现ZYNQ PS端加载模块将FPGA的复位寄存器置1，需要将FPGA的启动配置引脚通过拨码开关设置为被动加载模式，并将FPGA的复位引脚直连在ZYNQ PL(Progarmmable Logic,可编程逻辑)端的IO口上，ZYN QPL端将该引脚的值映射成寄存器，通过AXI-LITE总线将寄存器的配置入口提供给ZYNQ PS端，实现PS直接控制FPGA的复位引脚状态。

步骤S303、PS端的加载模块利用AXI-DMA建立与PL之间的数据传输链路，实现数据传输，即在PL的BD设计中，添加一个AXI-DMA核进行数据传输。

步骤S304、ARM的加载模块配置AXI-DMA的工作模式为DIRECT模式。

步骤S305、加载模块通过AXI-DMA将FPGA升级固件的M字节的N个数据包配置给FPGA。在本实施例中，步骤S305包括：

加载模块将长度为M字节的数据包通过AXI-DMA发送给ZYNQ PL端；

PL端将收到的M字节的数据包缓存在FIFO(First Input First Output，先进先出)存储器中，并利用串并转换模块转换成比特流；

在FPGA复位引脚的上升沿将比特流配置给FPGA；

重复上述步骤直到加载模块将N个数据包通过AXI-DMA全部发送给FPGA，结束发送操作。

在本实施例中，将ARM的加载模块部署在ARM上的LINUX系统中，并配置成系统自启动程序，在基带板上电时，ZYNQ可以实现从FLASH第一分区启动，F PGA实现从FLASH中的第二分区启动，这些启动操作都是自动进行的，不需要人为参与。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种基于ZYNQ固件升级的方法，其特征在于，包括：

建立客户端与ZYNQ PS端的数据链接，将升级固件发送至ZYNQ PS端；

ZYNQ PS端根据升级固件的类型将升级固件存入FLASH的对应分区内；其中，ARM升级固件存入FLASH的第一分区，FPGA升级固件存入FLASH的第二分区；

配置ZYNQ从FLASH第一分区启动，FPGA配置成被动加载模式；在基带板上电，ZYNQ从FLASH第一分区启动，并将第二分区升级固件发送给FPGA，实现FPGA从FLASH第二分区启动；

建立客户端与ZYNQ PS端的数据链接，将升级固件发送至ZYNQ的PS端；包括：

建立网络服务端，等待ZYNQ PS端的烧写模块的网络连接请求，建立ZYNQ PS端的烧写模块与客户端的网络连接；

将升级固件读入内存缓冲区中，进行校验，得到校验值；

获取该升级固件用户配置的文件类型信息，将校验值和文件类型信息添加进内存缓冲区的头部C字节中；

对内存缓冲区中的升级固件数据进行分包，将数据包通过网络数据链路发送至PS端的烧写模块；

ZYNQ将第二分区升级固件发送给FPGA，包括：

ZYNQ PS端的加载模块将存放在FLASH第二分区中的FPGA的升级固件读入DDR4中，并进行拆包处理；

PS端的加载模块配置FPGA的复位寄存器，触发FPGA的复位动作；

PS端的加载模块利用AXI-DMA建立与ZYNQ PL端之间的数据传输链路；

PS端的加载模块配置AXI-DMA的工作模式为DIRECT模式；

PS端的加载模块通过AXI-DMA将DDR4中升级固件的数据包配置给FPGA。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立客户端与ZYNQ PS端的数据链接，将升级固件发送至ZYNQ PS端，还包括：

在客户端建立网络服务端，等待ZYNQ PS端的网络连接请求后，客户端通过LINUX的网络服务功能将烧写模块传送至ZYNQ的LINUX操作系统的根文件目录下；

客户端通过LINUX的远程登录功能登录ZYNQ的LINUX系统，修改烧写模块的执行权限，并运行烧写模块。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，ZYNQ PS端根据升级固件的类型将升级固件存入FLASH的对应分区内，包括：

ZYNQ PS端的烧写模块建立网络客户端，请求与网络服务端的连接；

待网络连接成功后，烧写模块接收客户端发送过来的升级固件的数据包，并建立一个临时文件，将收到的数据包存放到临时文件中；

烧写模块对完整数据包组成的文件进行解析，提取校验信息、文件类型信息以及有效文件，并将有效文件作为升级固件保存；

烧写模块对升级固件进行CRC校验，并将校验结果与收到的校验信息对比，判断收到的升级固件是否完整正确；

在升级固件正确时，根据解析出来的文件类型信息判断该升级固件是否为ARM升级固件；

如果是ARM升级固件，将升级固件存入FLASH第一分区；否则，将升级固件存入FLASH第二分区。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PS端的加载模块配置FPGA的复位寄存器，触发FPGA的复位动作，包括：

将FPGA的启动配置引脚通过拨码开关设置为被动加载模式，并将FPGA的复位引脚直连在ZYNQ PL端的IO口上；

ZYNQ PL端将复位引脚的值映射成寄存器，并通过AXI-LITE总线将寄存器的配置入口提供给ZYNQ PS端；

PS端的加载模块配置FPGA的复位寄存器，触发FPGA的复位动作。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PS端的加载模块配置FPGA的复位寄存器为1，触发FPGA的复位动作。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，PS端的加载模块通过AXI-DMA将DDR4中升级固件的数据包配置给FPGA，包括：

PS端的加载模块将每个数据包通过AXI-DMA发送给ZYNQ PL端；

PL端将收到的数据包缓存在FIFO存储器中，并转换成比特流；

在FPGA复位引脚的上升沿将比特流配置给FPGA。

7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行权利要求1至6中任意一项所述的一种基于ZYNQ固件升级的方法。

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