CN113138779B - 基于多功能接口的fpga在线程序更新装置及方法 - Google Patents

基于多功能接口的fpga在线程序更新装置及方法 Download PDF

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Abstract

基于多功能接口的FPGA在线程序更新装置及方法，能够解决上位机不支持特定在线更新接口或特定更新接口无法正常工作的问题。装置包括：上位机和具有FPGA的板卡，上位机与板卡通过外部接口相连；上位机包含：外部接口支持外部通信接口驱动软件、人机界面、和待更新的FPGA程序码流文件；电路板上FPGA外挂Flash，作为Flash程序存储单元，也是在线更新程序对象；各种外部接口通过接口芯片或电平转换芯片转换为FPGA接受的电平，连接至FPGA的管脚IO1和IO2上；未连接上位机的接口芯片对应IO1、IO2为输入态或高阻态；FPGA包括：协议判断单元、多协议转换单元、Flash接口单元。

Description

基于多功能接口的FPGA在线程序更新装置及方法
技术领域
本发明涉及FPGA芯片的技术领域，尤其涉及一种基于多功能接口的FPGA在线程序更新装置，以及采用这种基于多功能接口的FPGA在线程序更新装置的方法。
背景技术
在FPGA芯片应用领域，FPGA所在设备的程序在线更新是常用的重要功能和需求。在线更新无需专用下载器，可使用上位机直接通过串口等常用外部接口更新程序，简化了烧写流程，提高了效率。
但在FPGA程序在线更新时，通常需要指定FPGA更新接口的类型和通信协议。而如果在线更新程序的上位机不支持该硬件接口，则无法实现在线更新。同时如果该设备的更新接口出现硬件无法正常工作，则该设备无法进行FPGA在线程序更新。这些都降低了FPGA及其所在设备的可靠性和适应性。如果FPGA提供多个硬件接口，并支持每个接口的程序更新，则FPGA需要付出额外的管脚资源。
因此，如何使用支持多种功能接口的FPGA程序在线更新，是本领域技术人员目前亟需解决的技术问题。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种基于多功能接口的FPGA在线程序更新装置，其能够解决上位机不支持特定在线更新接口或特定更新接口无法正常工作的问题。
本发明的技术方案是：这种基于多功能接口的FPGA在线程序更新装置，其包括：上位机和具有FPGA的电路板，上位机与电路板通过外部接口相连；
上位机包含：外部接口支持外部通信接口驱动软件、人机界面、和待更新的FPGA程序码流文件；电路板上FPGA外挂Flash，作为Flash程序存储单元，也是在线更新程序对象；各种外部接口通过接口芯片或电平转换芯片转换为FPGA接受的电平，连接至FPGA的管脚IO1和IO2上；未连接上位机的接口芯片对应管脚IO1、IO2为输入态或高阻态；
FPGA包括：
协议判断单元，其配置来检测到FPGA接收到上位机数据后，判断协议类型，正确判断类型后，将协议类型和接收到的数据传输给多协议转换单元；
多协议转换单元，其配置来接收到协议判断单元发送的协议类型和数据，调用相应的协议转换IP核，将FPGA码流数据转换Flash可接收的数据格式；
Flash接口单元，其配置来控制Flash接口管脚的方向和功能，将调整好格式的FPGA码流数据按照Flash芯片指定的时序进行烧写固化。
本发明通过协议判断单元检测到FPGA接收到上位机数据后，判断协议类型，正确判断类型后，将协议类型和接收到的数据传输给多协议转换单元；多协议转换单元接收到协议判断单元发送的协议类型和数据，调用相应的协议转换IP核，将FPGA码流数据转换Flash可接收的数据格式；Flash接口单元控制Flash接口管脚的方向和功能，将调整好格式的FPGA码流数据按照Flash芯片指定的时序进行烧写固化；因此能够解决上位机不支持特定在线更新接口或特定更新接口无法正常工作的问题。
还提供了一种基于多功能接口的FPGA在线程序更新方法，其包括以下步骤：
(1)上位机与电路板通过外部接口成功连接后，收到在上位机人机界面上点击连接的命令，上位机通过接口向电路板发送握手指令；
(2)电路板上对应接口转换芯片接收到数据后，将握手指令调整为FPGA可接收的电平，并传输至FPGA上管脚IO1和IO2；
(3)FPGA通过协议判断单元识别到管脚IO1和IO2上有数据边沿变化，则逐一切换各种接口的协议类型，进行接口数据识别，直至确定为某接口协议，向上位机后反馈连接识别成功；
(4)上位机接收到反馈连接识别成功信息后，继续发送FPGA码流数据；
(5)协议判断单元识别到某种接口协议后，将协议类型发送给多协议转换单元，同时将后续接收到的数据透传给多协议转换单元；
(6)多协议转换单元根据接收到的协议类型，FPGA码流数据进行协议解析；并判断校验包来判断数据传输的正确性；
(7)多协议转换单元接收并解析全部FPGA程序码流数据，按照指定Flash的时序要求进行转换，并发送给Flash接口单元；
(8)Flash接口单元控制FPGA与Flash接口管脚为输出状态，将码流数据烧写至Flash中；完成操作后，向协议判断单元反馈烧写成功/失败信息；
(9)上位机接收到步骤(8)的反馈信息，在人机界面上显示。
附图说明
图1是根据本发明的基于多功能接口的FPGA在线程序更新装置的结构示意图。
图2是根据本发明的基于多功能接口的FPGA在线程序更新装置的上位机结构框图。
图3是根据本发明的基于多功能接口的FPGA在线程序更新装置的FPGA与Flash间的电路图。
图4是根据本发明的基于多功能接口的FPGA在线程序更新装置的FPGA与外部接口间的电路图。
图5是根据本发明的基于多功能接口的FPGA在线程序更新装置的FPGA内部模块信号流图。
图6是根据本发明的基于多功能接口的FPGA在线程序更新方法的流程图。
图7为本发明实施例所提供的一种上位机指令表。
具体实施方式
如图1-4所示，这种基于多功能接口的FPGA在线程序更新装置，其包括：上位机和具有FPGA的电路板(FPGA所在电路板具有RS485、RS232、CAN和I2C等外部接口)，上位机与电路板通过外部接口相连(上位机硬件应支持以上外部通信接口中至少一种，如RS232)；
上位机包含：外部接口支持外部通信接口驱动软件、人机界面、和待更新的FPGA程序码流文件；电路板上FPGA外挂Flash，作为Flash程序存储单元，也是在线更新程序对象；各种外部接口通过接口芯片或电平转换芯片转换为FPGA接受的电平，连接至FPGA的管脚IO1和IO2上；未连接上位机的接口芯片对应管脚IO1、IO2为输入态或高阻态；
FPGA包括：
协议判断单元，其配置来检测到FPGA接收到上位机数据后，判断协议类型，正确判断类型后，将协议类型和接收到的数据传输给多协议转换单元；
多协议转换单元，其配置来接收到协议判断单元发送的协议类型和数据，调用相应的协议转换IP核，将FPGA码流数据转换Flash可接收的数据格式；
Flash接口单元，其配置来控制Flash接口管脚的方向和功能，将调整好格式的FPGA码流数据按照Flash芯片指定的时序进行烧写固化。
本发明通过协议判断单元检测到FPGA接收到上位机数据后，判断协议类型，正确判断类型后，将协议类型和接收到的数据传输给多协议转换单元；多协议转换单元接收到协议判断单元发送的协议类型和数据，调用相应的协议转换IP核，将FPGA码流数据转换Flash可接收的数据格式；Flash接口单元控制Flash接口管脚的方向和功能，将调整好格式的FPGA码流数据按照Flash芯片指定的时序进行烧写固化；因此能够解决上位机不支持特定在线更新接口或特定更新接口无法正常工作的问题。
优选地，所述人机界面，配置为支持指令下发、数据传输和状态显示。
如图6所示，还提供了一种基于多功能接口的FPGA在线程序更新方法，其包括以下步骤：
(1)上位机与电路板通过外部接口成功连接后，收到在上位机人机界面上点击连接的命令，上位机通过接口向电路板发送握手指令；
(2)电路板上对应接口转换芯片接收到数据后，将握手指令调整为FPGA可接收的电平，并传输至FPGA上管脚IO1和IO2；
(3)FPGA通过协议判断单元识别到管脚IO1和IO2上有数据边沿变化，则逐一切换各种接口的协议类型，进行接口数据识别，直至确定为某接口协议，向上位机后反馈连接识别成功；
(4)上位机接收到反馈连接识别成功信息后，继续发送FPGA码流数据；
(5)协议判断单元识别到某种接口协议后，将协议类型发送给多协议转换单元，同时将后续接收到的数据透传给多协议转换单元；
(6)多协议转换单元根据接收到的协议类型，FPGA码流数据进行协议解析；并判断校验包来判断数据传输的正确性；
(7)多协议转换单元接收并解析全部FPGA程序码流数据，按照指定Flash的时序要求进行转换，并发送给Flash接口单元；
(8)Flash接口单元控制FPGA与Flash接口管脚为输出状态，将码流数据烧写至Flash中；完成操作后，向协议判断单元反馈烧写成功/失败信息；
(9)上位机接收到步骤(8)的反馈信息，在人机界面上显示。
优选地，所述步骤(1)中，上位机通过RS232接口向电路板发送握手指令，握手指令为RS232。
优选地，所述步骤(3)中，首先将IO1和IO2切换为RS485接口，并接收握手指令，0.5s后如未接收到RS485信息，则切换为RS232协议类型，并尝试接收RS232信息。
优选地，所述步骤(4)中，码流数据按协议响应的格式传输，并在传输若干数据后，发送一包校验包。
优选地，所述步骤(6)中，如校验失败，则反馈给上位机错误；上位机重发此包数据。
以下给出一个具体实施例的方法，其包括具体实施步骤：
1)上位机与电路板通过某种外部接口，如RS232接口成功连接后。在上位机人机界面上点击“连接”按钮。上位机通过RS232接口向电路板发送握手指令，如可指定握手指令为“RS232”；
2)电路板上对应接口转换芯片接收到数据后，将握手指令调整为FPGA可接收的电平，并传输至FPGA上管脚IO1和IO2；
3)FPGA通过协议判断单元识别到管脚IO1和IO2上有数据边沿变化，则逐一切换各种接口的协议类型，进行接口数据识别。如首先将IO1和IO2切换为RS485接口，并接收握手指令，0.5s后如未接收到“RS485”信息。则切换为RS232协议类型，并尝试接收“RS232”信息。直至确定为某接口协议，向上位机后反馈连接识别成功“RS232 OK”。
4)上位机接收到反馈信息“RS232 OK”后，则继续发送FPGA码流数据。码流数据应按协议响应的格式传输，并在传输若干数据，如256字节后，发送一包校验包；
5)协议判断单元识别到某种接口协议后，将协议类型发送给多协议转换单元，同时将后续接收到的数据透传给多协议转换单元；
6)多协议转换单元根据接收到的协议类型，FPGA码流数据进行协议解析；并判断校验包来判断数据传输的正确性；如校验失败，则反馈给上位机错误反馈；上位机重发此包数据；
7)多协议转换单元接收并解析全部FPGA程序码流数据，按照指定Flash的时序要求进行转换，并发送给Flash接口单元；
8)Flash接口单元控制FPGA与Flash接口管脚为输出状态，将码流数据烧写至Flash中。完成操作后，向协议判断单元反馈烧写成功/失败信息。
9)上位机接收到反馈信息在人机界面上显示。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.基于多功能接口的FPGA在线程序更新装置，其特征在于：其包括：上位机和具有FPGA的电路板，上位机与电路板通过外部接口相连；上位机包含：外部接口支持外部通信接口驱动软件、人机界面、和待更新的FPGA程序码流文件；电路板上FPGA外挂Flash，作为Flash程序存储单元，也是在线更新程序对象；各种外部接口通过接口芯片或电平转换芯片转换为FPGA接受的电平，连接至FPGA的管脚IO1和IO2上；未连接上位机的接口芯片对应管脚IO1、IO2为输入态或高阻态；
FPGA包括：
协议判断单元，其配置来检测到FPGA接收到上位机数据后，判断协议类型，正确判断类型后，将协议类型和接收到的数据传输给多协议转换单元；
多协议转换单元，其配置来接收到协议判断单元发送的协议类型和数据，调用相应的协议转换IP核，将FPGA码流数据转换Flash可接收的数据格式；
Flash接口单元，其配置来控制Flash接口管脚的方向和功能，将调整好格式的FPGA码流数据按照Flash芯片指定的时序进行烧写固化。
2.根据权利要求1所述的基于多功能接口的FPGA在线程序更新装置，其特征在于：所述人机界面，配置为支持指令下发、数据传输和状态显示。
3.基于多功能接口的FPGA在线程序更新方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)上位机与电路板通过外部接口成功连接后，收到在上位机人机界面上点击连接的命令，上位机通过接口向电路板发送握手指令；
(2)电路板上对应接口转换芯片接收到数据后，将握手指令调整为FPGA可接收的电平，并传输至FPGA上管脚IO1和IO2；
(3)FPGA通过协议判断单元识别到管脚IO1和IO2上有数据边沿变化，则逐一切换各种接口的协议类型，进行接口数据识别，直至确定为某接口协议，向上位机后反馈连接识别成功；
(4)上位机接收到反馈连接识别成功信息后，继续发送FPGA码流数据；
(5)协议判断单元识别到某种接口协议后，将协议类型发送给多协议转换单元，同时将后续接收到的数据透传给多协议转换单元；
(6)多协议转换单元根据接收到的协议类型，FPGA码流数据进行协议解析；并判断校验包来判断数据传输的正确性；
(7)多协议转换单元接收并解析全部FPGA程序码流数据，按照指定Flash的时序要求进行转换，并发送给Flash接口单元；
(8)Flash接口单元控制FPGA与Flash接口管脚为输出状态，将码流数据烧写至Flash中；完成操作后，向协议判断单元反馈烧写成功/失败信息；
(9)上位机接收到步骤(8)的反馈信息，在人机界面上显示。
4.根据权利要求3所述的基于多功能接口的FPGA在线程序更新方法，其特征在于：所述步骤(1)中，上位机通过RS232接口向电路板发送握手指令，握手指令为RS232。
5.根据权利要求4所述的基于多功能接口的FPGA在线程序更新方法，其特征在于：所述步骤(3)中，首先将管脚IO1和IO2切换为RS485接口，并接收握手指令，0.5s后如未接收到RS485信息，则切换为RS232协议类型，并尝试接收RS232信息。
6.根据权利要求5所述的基于多功能接口的FPGA在线程序更新方法，其特征在于：所述步骤(4)中，码流数据按协议响应的格式传输，并在传输若干数据后，发送一包校验包。
7.根据权利要求6所述的基于多功能接口的FPGA在线程序更新方法，其特征在于：所述步骤(6)中，如校验失败，则反馈给上位机错误；上位机重发此包数据。
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