CN111611013B - 一种支持多镜像的fpga硬启动方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种现场可编程门阵列芯片及其配置方法,该现场可编程门阵列芯片至少包括启动模块,启动模块预先用硬件实现所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,该方法包括:所述现场可编程门阵列芯片上电后,通过启动模块执行所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,启动所述现场可编程门阵列芯片;启动后的现场可编程门阵列芯片从外部存储器中读取不同应用配置数据,配置该现场可编程门阵列芯片。使用该现场可编程门阵列芯片及其配置方法可以加快现场可编程门阵列芯片的启动和配置时间,同时减少现场可编程门阵列芯片启动对于现场可编程门阵列用户逻辑资源的占用,并节约了用于保存配置信息的外置存储器空间。
Description
技术领域
本发明涉及现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)技术领域,尤其涉及一种FPGA中支持多Image的硬核Boot系统。
背景技术
FPGA,现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array)是由许多的逻辑单元构成的逻辑器件,在制造后,可以根据所需的应用程序或功能要求对FPGA重新编程。作为一种半定制电路,它具有丰富硬件资源、强大并行处理能力和灵活可重配置能力,在数据处理、通信、网络等很多领域具有广泛的应用。
在FPGA的启动过程中,很多FPGA的应用在外置存储器(如Flash)保存多个镜像Image。当FPGA上电后,需要先从Flash的默认地址中读取启动(Boot)功能码流,将FPGA配置成Boot功能的系统。然后该Boot系统根据存储在Flash中的系统状态,选择相应的Image重新配置一遍FPGA。因此在整个应用启动过程中,FPGA需要配置两次。对于一些对系统启动时间要求较高的应用,可能会发生无法满足配置时间要求的问题。
发明内容
本发明的实施例提供一种现场可编程门阵列芯片的配置方法,通过在现场可编程门阵列芯片添加启动模块,该启动模块预先用硬件实现所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,当现场可编程门阵列芯片上电后,通过启动模块执行所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,启动所述现场可编程门阵列芯片;启动后的现场可编程门阵列芯片从外部存储器中读取应用配置数据,配置该现场可编程门阵列芯片。使用现场可编程门阵列芯片及其配置方法可以加快现场可编程门阵列芯片的启动和配置时间,并节约了用于保存配置信息的外置存储器空间,提高外置存储器的配置能力。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为,一方面提供一种现场可编程门阵列芯片的配置方法,所述现场可编程门阵列芯片至少包括启动模块,所述启动模块预先用硬件实现所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,所述方法包括:
所述现场可编程门阵列芯片上电后,通过启动模块执行所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,启动所述现场可编程门阵列芯片;
启动后的现场可编程门阵列芯片从外部存储器中读取应用配置数据,配置该现场可编程门阵列芯片。
优选地,所述启动模块预先用硬件实现所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,包括,所述启动模块包含实现现场可编程门阵列芯片启动逻辑的等效电路。
优选地,所述启动后的现场可编程门阵列芯片从外部存储器中读取应用配置数据,包括,从外部存储器存储的多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像,读取该应用配置数据镜像对现场可编程门阵列芯片进行应用配置。
具体地,所述从多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像之前,读取第一配置信息,所述第一配置信息至少包括多个应用配置数据镜像的状态信息;
所述从多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像,包括,根据所述状态信息,从多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像。
进一步具体地,所述第一配置信息,保存于所述现场可编程门阵列芯片之外的存储器中,或存储于所述现场可编程门阵列芯片的内部存储器中。
进一步具体地,读取第一配置信息之后,对此进行CRC检验,
若检验通过,根据多个应用配置数据镜像的状态信息,从多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像,读取该应用配置数据镜像对现场可编程门阵列芯片进行应用配置。
更具体地,若检验不通过,读取外部存储器中第一个应用配置数据镜像,对现场可编程门阵列芯片进行应用配置。
另一方面,提供一种现场可编程门阵列芯片,所述现场可编程门阵列芯片至少包括:
启动模块,预先以硬件实现现场可编程门阵列芯片的启动逻辑;
其中,所述现场可编程门阵列芯片上电后,通过启动模块执行所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,启动所述现场可编程门阵列;
启动后的现场可编程门阵列芯片从外部存储器中读取应用配置数据,配置所述现场可编程门阵列芯片。
优选地,所述启动后的现场可编程门阵列芯片从外部存储器中读取应用配置数据,配置现场可编程门阵列芯片,包括,
读取第一配置信息,所述第一配置信息至少包括外部存储器中存储的多个应用配置数据镜像的状态信息;
根据所述状态信息,从所述多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像;
读取该应用配置数据镜像对现场可编程门阵列芯片进行应用配置。
具体地,所述第一配置信息保存于所述现场可编程门阵列芯片之外的存储器中,或存储于所述现场可编程门阵列芯片的内部存储器中。
附图说明
为了更清楚说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需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发明的一些实施例,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,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例提供的现场可编程逻辑门芯片内部结构及其和外部存储器的关系示意图;
图2为本发明实施例提供的一种现场可编程门阵列芯片的配置方法的流程图;
图3为本发明一个实施例提供的配置帧与应用配置镜像结构示意图;
图4为本发明一个实施例提供的应用配置镜像状态验证逻辑示意图;
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
如前所述,现有的FPGA上电后需要先从Flash的默认地址中读取Boot功能码流,利用其将FPGA配置成具有Boot功能的FPGA。然后,具有Boot功能的FPGA再根据存储在Flash中的多个应用配置数据镜像的状态,选择相应的Image重新配置一遍FPGA。在整个过程中,FPGA需要配置两次,对于一些对系统启动时间要求较高的应用来讲,会遇到无法满足配置时间要求的问题。
为解决上述问题,在本发明提出一种现场可编程门阵列芯片的配置方法,该方法基于一种现场可编程门阵列芯片,图1示出本发明一个实施例提供的现场可编程逻辑门芯片内部结构及其和外部存储器的关系示意图,如图1所示,该可编程门阵列芯片至少包括启动模块,并且该启动模块预先用硬件实现所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑。图2示出本发明实施例提供的一种现场可编程门阵列芯片的配置方法的流程图,如图2所示,该配置流程至少包括如下步骤:
步骤21,现场可编程门阵列芯片上电后,通过启动模块执行现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,启动现场可编程门阵列芯片。
如前所述,现有技术中现场可编程门阵列芯片的启动需要从外置存贮器中,读取启动配置信息。而启动配置信息则常常以镜像(Image)的形式存在,在此情况下,现场可编程门阵列芯片就需要从外置存储器中读取启动配置信息镜像,然后使用该镜像中启动配置信息对现场可编程门阵列芯片进行一次配置。配置成功后,现场可编程门阵列芯片可以启动起来。启动后的现场可编程门阵列芯片之上,可以被视为运行了一个小型的启动(Boot)系统,该系统具有对可编程门阵列芯片和外置装置的部分访问和控制能力,但是不具有用户应用逻辑功能。
作为一种半定制电路,在上述配置启动系统的过程中,现场可编程门阵列在配置中使用了芯片中的通用逻辑资源,这些通用逻辑资源也是用户逻辑功能所使用的,因此也可以说在这种配置方法下,现场可编程门阵列的启动配置占用了一部分用户逻辑资源。
上述方法的另一个不足,是从外部读取启动配置信息镜像,以及半定制的现场可编程门阵列上进行启动配置是需要占用一定的时间的。
为了解决上述问题,在本发明实施例中提供的配置方法中,在现场可编程门阵列芯片中添加一个启动模块,该启动模块以硬件实现所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑。也就是说,将一个启动(Boot)系统以硬件的形式预先固化在该启动模块中。如此,在现场可编程门阵列芯片启动时,无需从外部存储中读取启动配置信息镜像,并且在半定制的现场可编程门阵列上进行启动配置。
可以理解,在不同的实施例中,可以基于不同的具体硬件实现方式实现现场可编程门阵列的启动逻辑,或者说一个启动(Boot)系统在不同的实施例中可以有不同的具体硬件实现方式。在一个实施例中,启动模块包含实现现场可编程门阵列芯片启动逻辑的等效电路。
基于不同的具体硬件实现方式实现的启动(Boot)系统并不超出本发明精神和原则的范围,其得到的技术效果也未超出本发明的方法预使其达到的,均应属于本发明的保护范围之内。
步骤22,启动后的现场可编程门阵列芯片从外部存储器中读取应用配置数据,配置该现场可编程门阵列芯片。
现场可编程门阵列的一个主要优势在于,在制造后,可以根据所需的应用程序或功能要求对现场可编程门阵列重新编程。具体的,在实现应用程序或功能要求之前,需要根据应用配置信息对其进行应用配置。这种应用配置信息存在外置存储器中。
在步骤22中,现场可编程门阵列芯片启动后从外部存储器中读取应用配置数据,对其自身进行配置,配置成功后可编程门阵列芯片具有了具体的用户应用能力,可以满足具体的用户业务需求。
但是,由于配置方法或者用户需求的差异,外置存储器通常包含不止一个用户配置镜像,在一个实施例中,从外部存储器存储的多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像,读取该应用配置数据镜像对现场可编程门阵列芯片进行应用配置。
根据一种实施方式,从多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像之前,读取第一配置信息,所述第一配置信息至少包括多个应用配置数据镜像的状态信息;然后,根据所述状态信息,从多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像。选择镜像前先判断镜像的状态是为了保证配置的成功。
在一个实施例中,所述第一配置信息,保存于所述现场可编程门阵列芯片之外的存储器中,或存储于所述现场可编程门阵列芯片的内部存储器中。由于第一配置信息,主要是为了提供应用配置数据镜像状态信息,因此其数据量很小,只占用很小存储,用于存储第一配置信息的存储器可以在所述现场可编程门阵列芯片的内部或者外部,不做限定。
在另外的实施例中,第一配置信息也可以包含其它信息。图3示出本发明一个实施例提供的配置帧与应用配置镜像结构示意图,其中,第一配置信息为一个配置帧,如图3所述,所述配置帧包括帧头、测试ID、各镜像状态和地址,该实施例中,启动后现场可编程门阵列芯片从外置存储器中的固定区域(第一配置信息保存于此一样可以,相当于图1保存于外部存储器12的一个固定区域中)读取该配置帧,根据其中的多个应用配置镜像的状态和地址信息,选择一个应用配置镜像的地址,读取该应用配置镜像进行配置。
在一个更具体的例子中,读取第一配置信息之后,对此进行CRC检验,
若检验通过,根据多个应用配置数据镜像的状态信息,从多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像,读取该应用配置数据镜像对现场可编程门阵列芯片进行应用配置;若检验不通过,读取外部存储器中第一个应用配置数据镜像,对现场可编程门阵列芯片进行应用配置。图4示出本发明一个实施例提供的应用配置镜像状态验证逻辑示意图,如图4所示,若CRC检验不通过,为了保障系统仍能启动,所以会继续像后读取镜像0,然后从镜像0加载应用配置。
综合而言,图2所示方法的优点在于:
一方面,减少了启动过程和总配置时间消耗,加快启动和配置过程。举例说明,原有的技术中读取启动配置镜像、配置启动系统需要0.5秒,读取应用配置、配置应用系统需要0.5秒,那么总配置时间为大约1秒。图2所示方法中,启动系统需要0.05秒,读取应用配置、配置应用系统需要0.5秒,那么总配置时间为大约0.55秒,几乎快了一倍。对于一些要求启动迅速的现场可编程门阵列,是一个很大的优势。
另一方面,不用消耗现场可编程门阵列中的用户逻辑资源来配置启动系统。例如,如图1所示实施例中,根据一种实施方式,第一配置信息保存于一个外部存储器14中。根据另一种实施方式,芯片100还包括内部存储器14中,第一配置信息存储于内部存储器13中。
第三方面,由于不需要从外部存储读取启动配置信息镜像,外部存储也不需要保存启动配置信息镜像,节约了外部存储器的存储空间,使得相同容量的外部存储器可以保存更多的应用信息配置镜像,提高了应用配置能力。举例说明,原有的技术中一个外置存储器的容量为50m字节、每个镜像为15m,则该外置存储器可以保存3个镜像,其中1个是启动配置信息镜像,2个应用配置信息镜像。图2所示方法中,由于无需保存启动配置信息镜像,该外置存储器可以保存3个应用配置信息镜像,应用配置容量提高了0.5倍。
根据另一方面,提供一种现场可编程门阵列芯片,该现场可编程门阵列芯片至少包括:
启动模块,预先以硬件实现现场可编程门阵列芯片的启动逻辑;
其中,所述现场可编程门阵列芯片上电后,通过启动模块执行所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,启动所述现场可编程门阵列;启动后的现场可编程门阵列芯片从外部存储器中读取应用配置数据,配置所述现场可编程门阵列芯片。
根据一种实施方式,启动后的现场可编程门阵列芯片从外部存储器中读取应用配置数据,并配置现场可编程门阵列芯片,具体采用如下方法:读取第一配置信息,所述第一配置信息至少包括外部存储器中存储的多个应用配置数据镜像的状态信息;根据所述状态信息,从所述多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像;读取该应用配置数据镜像对现场可编程门阵列芯片进行应用配置。
在一个具体的例子中,第一配置信息保存于所述现场可编程门阵列芯片之外的存储器中,或存储于所述现场可编程门阵列芯片的内部存储器中。
从以上实施例可以看出,采用本发明实施例提供的一种现场可编程门阵列芯片及其配置方法,该现场可编程门阵列芯片至少包括启动模块,启动模块预先用硬件实现所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,该配置方法包括:所述现场可编程门阵列芯片上电后,通过启动模块执行所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,启动所述现场可编程门阵列芯片;启动后的现场可编程门阵列芯片从外部存储器中读取应用配置数据,配置该现场可编程门阵列芯片。使用该现场可编程门阵列芯片及其配置方法可以减少现场可编程门阵列芯片的启动和配置时间,并减少现场可编程门阵列芯片启动对于现场可编程门阵列用户逻辑资源的占用,同时还节约了用于保存配置信息的外置存储器空间。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下,在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外,在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中,多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
专业人员应该还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种现场可编程门阵列芯片的配置方法,所述现场可编程门阵列芯片至少包括启动模块,所述启动模块预先用硬件实现所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,所述启动模块包含实现现场可编程门阵列芯片启动逻辑的等效电路,所述方法包括:
所述现场可编程门阵列芯片上电后,通过启动模块执行所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,启动所述现场可编程门阵列芯片;
启动后的现场可编程门阵列芯片从外部存储器中读取应用配置数据,配置该现场可编程门阵列芯片。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述启动后的现场可编程门阵列芯片从外部存储器中读取应用配置数据,包括,从外部存储器存储的多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像,读取该应用配置数据镜像对现场可编程门阵列芯片进行应用配置。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述从多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像之前,读取第一配置信息,所述第一配置信息至少包括多个应用配置数据镜像的状态信息;
所述从多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像,包括,根据所述状态信息,从多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述第一配置信息,保存于所述现场可编程门阵列芯片之外的存储器中,或存储于所述现场可编程门阵列芯片的内部存储器中。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,读取第一配置信息之后,对此进行CRC检验,
若检验通过,根据多个应用配置数据镜像的状态信息,从多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像,读取该应用配置数据镜像对现场可编程门阵列芯片进行应用配置。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,若检验不通过,读取外部存储器中第一个应用配置数据镜像,对现场可编程门阵列芯片进行应用配置。
7.一种现场可编程门阵列芯片,所述现场可编程门阵列芯片至少包括:
启动模块,预先以硬件实现现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,所述启动模块包含实现现场可编程门阵列芯片启动逻辑的等效电路;
其中,所述现场可编程门阵列芯片上电后,通过启动模块执行所述现场可编程门阵列芯片的启动逻辑,启动所述现场可编程门阵列;
启动后的现场可编程门阵列芯片从外部存储器中读取应用配置数据,配置所述现场可编程门阵列芯片。
8.根据权利要求7所述的现场可编程门阵列芯片,其中,所述启动后的现场可编程门阵列芯片从外部存储器中读取应用配置数据,配置现场可编程门阵列芯片,包括,
读取第一配置信息,所述第一配置信息至少包括外部存储器中存储的多个应用配置数据镜像的状态信息;
根据所述状态信息,从所述多个应用配置数据镜像中选择其中一个应用配置数据镜像;
读取该应用配置数据镜像对现场可编程门阵列芯片进行应用配置。
9.根据权利要求8所述的现场可编程门阵列芯片,其中,所述第一配置信息保存于所述现场可编程门阵列芯片之外的存储器中,或存储于所述现场可编程门阵列芯片的内部存储器中。
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