CN112631678B - 一种基于zynq的动态加载方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于zynq的动态加载方法，PS端数据传输前，先启动传输，对启动加载传输寄存器操作，等待PL端和V7准备，完成链路建立和初始化工作；读取数据传输管道状态寄存器值，若判断传输管道正常，则进行下步数据传输；不正常则等待再判断，若在设定时间内都不正常，则退出提示失败；上步正常后，进行数据传输，将数据值写到数据传输寄存器，待数据被读取；PS端跟踪判断传输结果；校验后，在数据传输完成标记寄存器写入值，PS端对该寄存器进行读取判断，查看数据传输是否正确，不正常则等待再判断；上步完成循环到第一步，进行下个数据传输，重复以上步骤到传输完成。本发明的优点是，节约成本、操作简单快捷、随时随地根据功能需要加载程序。
Description
技术领域
本发明属于网络信息化技术领域，具体涉及一种基于zynq的动态加载方法。
背景技术
针对基于zynq的z7而言，一般都是搭配V7组成一个完整的数据处理系统板卡来使用，对于V7而言，要实现与z7的数据交互，给V7下载和更新FPGA程序，是必不可少的一件事，虽有外挂的FLASH可以作为程序数据的存储来使用，对于传统的更新和下载办法是通过连接仿真器来实现FPGA程序的在线烧写，从而实现V7程序的更新，完成数据的交互功能。但在实际的技术开发调试过程中，每次修改完后都需要使用仿真器对其程序进行烧写固化，烧写过程需要相应的专业软件和工具进行支持，对使用的电脑性能和操作实施者也有很高的技术要求。因此，对于修改比较频繁或者FPGA功能切换复杂的情况而言，显然这种模式是无法满足功能需求的，急需一种更加简洁方便的方式进行在线程序的加载，从而方便实际的项目开发，提升开发进度。这也是本创新方案的开发初衷，本方案采取一种更加方便快捷的做法，可以快速提升项目的调试和开发速度，已在实际的开发过程中进行的验证和使用。传统的方案中系统板卡必须连接仿真器，所以板卡必须配置有Jtag口，对于硬件的设计来说也是增加了设计的难度，从成本上来说也是增加了项目的硬件成本；传统的V7更新程序需要使用专业的仿真器和高性能的电脑；传统的方案中下载操作需要有专业技术的人员才能完成更新工作，对于项目开发中人员比较紧张情况而言，这是一件非常棘手的问题。在实际的项目开发中有使用中通过更换V7的程序来实现不同的功能的需求，传统的方案并不能完成这样的需要；有的项目中要求V7在上电后就要加载完成V7程序，但传统的方案并无法完成这样的需求。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种基于zynq的节约成本、操作简单快捷、可随时随地根据实际的功能需要加载相关程序的动态加载方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于zynq的动态加载方法，包括zynq芯片、上位机及通信网口，其特征在于，所述zynq芯片由PL和PS两部分组成，所述zynq芯片内部建立一条locbus总线，用于完成寄存器的读写，所述zynq的PS和PL两端定义了四个关键性的寄存器来实现数据的传输，分别为启动加载传输寄存器、数据传输管道状态寄存器、数据传输寄存器、数据传输完成标记寄存器，其具体实现过程步骤包括：
S1：PS端应用程序在进行数据传输之前，首先会启动传输，会对启动加载传输寄存器进行操作，等待PL端和V7的进行状态准备，完成链路的建立和初始化工作。
S2：在操作启动寄存器设置完成后，读取数据传输管道状态寄存器的值，如果判断传输管道正常，则可以进行数据的下一步数据传输；如果管道不正常，会在等待一段时间再进行状态判断，如果在设定的某个设置时间范围内，判断都是不正常的，则会退出并提示传输失败；
S3：在S1正常的情况下，进行S2的数据传输操作，将数据值写到数据传输寄存器中，等待数据被读取；
S4：PS端对传输结果进行跟踪判断，正常情况下，PL端在正常读取到PS端写入的数据时，进行校验后，会在数据传输完成标记寄存器中写入某个值，PS端对该寄存器进行读取判断，查看数据是否正确进行传输，如果不正常，会在等待一段时间再进行状态判断，如果在设定的某个设置时间范围内，判断都是不正常的，则会退出并提示传输失败；
S5：在S4完成后，循环回到S1，进行下一个数据的传输，重复进行以上步骤操作，直到数据传输完成；在数据传输完成，FPGA程序加载完成后，V7程序正常启动，在启动完成后会在数据传输完成标记寄存器写入某个值，PS端进行读取判断，判断程序文件传输完成。
进一步的，所述PS侧运行的是linux操作系统，PL侧运行的是FPGA。
进一步的，所述PS侧的linux系统运行起来后，上位机可通过FTP/TFTP网络或者串口工具来访问该操作系统。
进一步的，更新后的FPGA的bit文件放到PS的linux操作系统的相应文件目录下，通过网口或者串口连接的上位机下发更新指令。
进一步的，所述linux操作系统在收到输入的指令后，将需要更新的程序文件一个字节一个字节按顺序传给zynq的PL侧，zynq的PL侧再将程序bit文件一个字节一个字节的通过locbus总线传给V7。
进一步的，程序文件传完后，V7的程序就会运行起来，从而实现对V7程序的更新操作。
进一步的，所述PL端与V7的数据传输也是通过一条locbus总线传输，将PL端的数据传输到V7端，V7将收到的数据进行存储。
进一步的，在传输完成后，V7将存储的程序文件进行读取和校验，完成自启动操作，V7程序加载操作完成，并提示程序加载成功。
进一步的，在所述zynq的PS侧的linux系统中加入脚本，使其在每次上电后就可完成相应的加载操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明可以简便实际项目开发，推动项目的进度，甚至可以节约项目成本，提高项目效益。
1）本发明技术方案系统板卡无需连接仿真器，无需配置Jtag口，对于硬件的设计来说也是极大地降低了设计的难度，因此会大大的节约项目的成本；
2）本发明方案无需仿真器和高性能的电脑，只需要连接网线和使用普通的电脑就可以，只要将相应的需要更新的程序通过上位机放到相应的文件夹下执行相应的指令即可完成程序的更新工作；
3）本发明技术方案无需专业技术的人员完成更新工作，可以解决项目开发中人员比较紧张的情况，具有操作简单快捷、技术要求不高的特点，一般人都可以通过简单的操作实现，可以大大的节约人员成本，提高项目的开发进度和质量；
4）在实际的项目开发中有使用中通过更换V7的程序来实现不同的功能的需求，传统的方案并不能完成这样的需要，但本发明技术方案可以随时随地根据实际的功能需要，动态的来加载相关的程序，从而来实现不同的功能；
5）有的项目中要求V7在上电后就要加载完成V7程序，但传统的方案并无法完成这样的需求，但本发明技术方案可以在zynq的PS侧的linux系统中加入脚本，使其在每次上电后就可完成相应的加载操作，后期如需修改更新，可以直接替换掉ps侧原有的程序文件即可。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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FPGA V7在线加载接口框图；
图2为本发明FPGA Z7在线加载接口框图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例只作为对本发明的说明，不作为对本发明的限定。
如图1-2所示的一种基于zynq的动态加载方法，包括zynq芯片，对于zynq芯片而言，由PL和PS两部分组成，PS侧运行的是linux操作系统，PL侧为FPGA。PS侧的linux系统运行起来之后，我们的上位机就可以通过FTP/TFTP网络或者串口工具来访问该操作系统。可以将更新后的FPGA的bit文件放到PS的linux操作系统的相应文件目录下，通过网口或者串口连接的上位机下发更新指令，linux应用程序在收到输入的指令后，就会将要需要更新的程序文件一个字节一个字节按顺序传给zynq的PL侧，zynq的PL侧再将程序bit文件一个字节一个字节的通过locbus总线传给V7，程序文件传完后，V7的程序就会运行起来，从而实现了对V7程序进行更新操作。
本技术的核心关键点在于zynq的PS和PL的交互方式上，在zynq内部建立了一条locbus总线，主要完成相关寄存器的读写，从而实现数据的交互访问，完成FPGA程序传输加载。在zynq的PS和PL两端定义了四个关键性的寄存器来实现数据的传输，分别为启动加载传输寄存器、数据传输管道状态寄存器、数据传输寄存器、数据传输完成标记寄存器，具体实现如下步骤。
第一步，PS端应用程序在进行数据传输之前，首先会启动传输，会对启动加载传输寄存器进行操作，等待PL端和V7的进行状态准备，完成链路的建立和初始化工作。
第二步，在操作启动寄存器设置完成后，读取数据传输管道状态寄存器的值，如果判断传输管道正常，则可以进行数据的下一步数据传输；如果管道不正常，会在等待一段时间再进行状态判断，如果在设定的某个设置时间范围内，判断都是不正常的，则会退出并提示传输失败。
第三步，在第一步正常的情况下，进行第二步的数据传输操作，将数据值写到数据传输寄存器中，等待数据被读取。
第四步，ps端对传输结果进行跟踪判断，正常情况下，PL端在正常读取到PS端写入的数据时，进行校验后，会在数据传输完成标记寄存器中写入某个值，PS端对该寄存器进行读取判断，查看数据是否正确进行传输，如果不正常，会在等待一段时间再进行状态判断，如果在设定的某个设置时间范围内，判断都是不正常的，则会退出并提示传输失败。
第五步，在第四步完成后，循环回到步骤一，进行下一个数据的传输，重复进行以上步骤操作，直到数据传输完成。在数据传输完成，FPGA程序加载完成后，V7程序正常启动，在启动完成后会在数据传输完成标记寄存器写入某个值，PS端进行读取判断，判断程序文件传输完成。
上述的几个步骤中只是将数据传输到了zynq的PL端，PL端与V7的数据传输同样也是通过一条locbus总线，将PL端的数据传输到V7端，V7将收到的数据进行存储，在传输完成后，将存储的程序文件进行读取和校验，完成自启动操作，到此V7程序加载操作完成，并提示程序加载成功。
与传统的现有技术方案相比，本发明技术方案以下的优点或有益效果，可以简便我们的实际项目开发，推动项目的进度，甚至可以节约项目成本，提高项目效益。
1、传统的方案中系统板卡必须连接仿真器，所以板卡必须配置有Jtag口，对于硬件的设计来说也是增加了设计的难度，从成本上来说也是增加了项目的硬件成本，使用本发明技术方案完全无需这些设计，因此会大大的节约项目的成本；
2、传统的V7更新程序需要使用专业的仿真器和高性能的电脑，本发明方案无需仿真器和高性能的电脑，只需要连接网线和使用普通的电脑就可以，只要将相应的需要更新的程序通过上位机放到相应的文件夹下执行相应的指令即可完成程序的更新工作；
3、传统的方案中下载操作需要有专业技术的人员才能完成更新工作，对于项目开发中人员比较紧张情况而言，这是一件非常棘手的问题，使用本发明技术方案完全可以解决，本方案具有操作简单快捷，技术要求不高的特点，一般人都可以通过简单的操作实现，可以大大的节约人员成本，提高项目的开发进度和质量。
4、在实际的项目开发中有使用中通过更换V7的程序来实现不同的功能的需求，显然传统的方案并不能完成这样的需要，但本发明技术方案就可以随时随地根据实际的功能需要，动态的来加载相关的程序，从而来实现不同的功能；
5、有的项目中要求V7在上电后就要加载完成V7程序，但传统的方案并无法完成这样的需求，但本发明技术方案可以在zynq的PS侧的linux系统中加入脚本，使其在每次上电后就可完成相应的加载操作，后期如需修改更新，可以直接替换掉ps侧原有的程序文件即可。
本发明实施例所提供的一种新的V7程序加载方式，其文件的存放位置和可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行通过其它的方式将文件进行载入，同时也可以通过其他的方式实现PS与PL的交互来完成相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，包括若干指令用以使得基于zynq系统来执行本发明各个实施步骤所述的方法。
需要注意的是，上述基于zynq系统的V7加载方案的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体寄存器名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
可能的替换方案：
对本发明的发明内容部分的技术方案来说，可以替代的方式有三个方向，第一个是V7的FPGA程序的放置方式上，目前本方案中是采用了最常用到的也是最简单的网络和串口工具将文件放置的zynq的PS侧的文件系统中，但也可以采用其他的方式来将文件放置到系统中，通过指令来进行文件的加载工作。
第二个方向是zynq的PS和PL端的传输交互工作，采用的是两者之间建立的locbus总线的方式，通过对寄存器的读写来完成具体的数据传输和交互的操作，可以采用其它的交互方式来进行数据传输和交互的操作。
第三个方向是，PL在收到数据后也是和V7建立的locbus总线的方式将数据进行传输，将收到的数据存储到自身或者外挂的FLASH中，等待传输完成后再启动程序，这个中间的locbus总线也可以采用其他的方式来进行如上的操作。
本发明中未做详细描述的内容均为现有技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
Claims (9)
1.一种基于zynq的动态加载方法，包括zynq芯片、上位机及通信网口，其特征在于，所述zynq芯片由PL和PS两部分组成，所述zynq芯片内部建立一条locbus总线，用于完成寄存器的读写，所述zynq的PS和PL两端定义了四个关键性的寄存器来实现数据的传输，分别为启动加载传输寄存器、数据传输管道状态寄存器、数据传输寄存器、数据传输完成标记寄存器，其具体实现过程步骤包括：
S1：PS端应用程序在进行数据传输之前，首先会启动传输，会对启动加载传输寄存器进行操作，等待PL端和V7的进行状态准备，完成链路的建立和初始化工作；
S2：在操作启动寄存器设置完成后，读取数据传输管道状态寄存器的值，如果判断传输管道正常，则可以进行数据的下一步数据传输；如果管道不正常，会在等待一段时间再进行状态判断，如果在设定的某个设置时间范围内，判断都是不正常的，则会退出并提示传输失败；
S3：在S1正常的情况下，进行S2的数据传输操作，将数据值写到数据传输寄存器中，等待数据被读取；
S4：PS端对传输结果进行跟踪判断，正常情况下，PL端在正常读取到PS端写入的数据时，进行校验后，会在数据传输完成标记寄存器中写入某个值，PS端对该寄存器进行读取判断，查看数据是否正确进行传输，如果不正常，会在等待一段时间再进行状态判断，如果在设定的某个设置时间范围内，判断都是不正常的，则会退出并提示传输失败；
S5：在S4完成后，循环回到S1，进行下一个数据的传输，重复进行以上步骤操作，直到数据传输完成；在数据传输完成，FPGA程序加载完成后，V7程序正常启动，在启动完成后会在数据传输完成标记寄存器写入某个值，PS端进行读取判断，判断程序文件传输完成。
2.根据权利要求1所述的一种基于zynq的动态加载方法，其特征在于，所述PS侧运行的是linux操作系统，PL侧运行的是FPGA。
3.根据权利要求2所述的一种基于zynq的动态加载方法，其特征在于，所述PS侧的linux系统运行起来后，上位机可通过FTP/TFTP网络或者串口工具来访问该操作系统。
4.根据权利要求2所述的一种基于zynq的动态加载方法，其特征在于，更新后的FPGA的bit文件放到PS的linux操作系统的相应文件目录下，通过网口或者串口连接的上位机下发更新指令。
5.根据权利要求4所述的一种基于zynq的动态加载方法，其特征在于，所述linux操作系统在收到输入的指令后，将需要更新的程序文件一个字节一个字节按顺序传给zynq的PL侧，zynq的PL侧再将程序bit文件一个字节一个字节的通过locbus总线传给V7。
6.根据权利要求5所述的一种基于zynq的动态加载方法，其特征在于，程序文件传完后，V7的程序就会运行起来，从而实现对V7程序的更新操作。
7.根据权利要求1所述的一种基于zynq的动态加载方法，其特征在于，所述PL端与V7的数据传输也是通过一条locbus总线传输，将PL端的数据传输到V7端，V7将收到的数据进行存储。
8.根据权利要求7所述的一种基于zynq的动态加载方法，其特征在于，在传输完成后，V7将存储的程序文件进行读取和校验，完成自启动操作，V7程序加载操作完成，并提示程序加载成功。
9.根据权利要求1所述的一种基于zynq的动态加载方法，其特征在于，在所述zynq的PS侧的linux系统中加入脚本，使其在每次上电后就可完成相应的加载操作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: A dynamic loading method based on zynq Effective date of registration: 20231123 Granted publication date: 20221202 Pledgee: Pudong Development Bank of Shanghai Limited by Share Ltd. Xi'an branch Pledgor: Technological Leike Electronics (Xi'an) Co.,Ltd. Registration number: Y2023980067278 |