CN113672271A - 一种国产fpga远程升级系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种国产FPGA远程升级系统和方法,属于FPGA远程升级领域。本发明RS422串口/其他通信接口用于接收升级的固件程序及升级指令;U1为国产单片机,运行FPGA加载程序以及固件升级程序;单片机U1外接FLASH芯片U3用于存储FPGA固件;单片机GPIO口与FPGA U2配置接口相连,GPIO模拟FPGA从并时序;U2为国产FPGA,其加载模式配置为M[2:0]=110,即将FPGA配置为“从并”模式;在FLASH芯片U3的两个地址区域存储两种FPGA程序,即Golden Bitstream和Update Bitstream,Golden Bitstream存储的是出厂时的FPGA固件,在产品生命周期内不进行更换或升级;Update Bitstream存储的是升级后的FPGA固件。本发明无需拆解设备,通过串口或其他通信接口进行升级,降低了升级成本,节省了升级所用的时间。
Description
技术领域
本发明属于FPGA远程升级领域,具体涉及一种国产FPGA远程升级系统和方法。
背景技术
目前国产FPGA主要是研仿Xilinx的VirtexⅡ系列和Virtex7系列,研仿的Virtex7系列属于较高端FPGA,该系列FPGA支持远程升级,但是对于轻量级的应用V7系列FPGA的资源浪费严重且成本较高,此种情况下采用国产研仿的VirtexⅡ系列FPGA是性价比最高的选择,但是VⅡ系列FPGA不支持远程升级,只能通过JTAG进行在系统升级,需要拆下设备开盖连接FPGA仿真器进行升级。对于已经部署完成的设备来说,拆下设备同时开盖升级FPGA程序困难重重,特别是对部署在不容易拆下位置的设备来说,拆卸一个设备意味着全部设备重新部署,由此导致升级成本居高不下,且易造成设备损坏。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种国产FPGA远程升级系统和方法,以解决国产VirtexⅡ系列FPGA远程升级问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提出一种国产FPGA远程升级系统,该系统包括RS422串口/其他通信接口、单片机U1、FLASH芯片U3和FPGA U2;
RS422串口/其他通信接口用于接收升级的固件程序及升级指令;
U1为国产单片机,运行FPGA加载程序以及固件升级程序,单片机U1连接RS422串口/其他通信接口;
单片机U1外接FLASH芯片U3用于存储FPGA固件;
单片机GPIO口与FPGA U2配置接口相连,GPIO模拟FPGA从并时序;U2为国产FPGA,其加载模式配置为M[2:0]=110,即将FPGA配置为“从并”模式;
在FLASH芯片U3的两个地址区域存储两种FPGA程序,即Golden Bitstream和Update Bitstream,Golden Bitstream存储的是出厂时的FPGA固件,在产品生命周期内不进行更换或升级;Update Bitstream存储的是升级后的FPGA固件。
进一步地,单片机U1为ARM。
进一步地,单片机U1为GD32VF103VBT6。
进一步地,FPGA U2为国产VirtexⅡ系列FPGA。
进一步地,FPGA U2为SM2QV1000FG256。
进一步地,RS422串口/其他通信接口从远处接收升级的固件程序及升级指令。进一步地,如权利要求1所述的国产FPGA远程升级系统,其特征在于,单片机U1的UART1_TX、UART1_RX口连接RS422串口/其他通信接口。
进一步地,单片机U1通过DATA_BUS[7:0]、ADDR_BUS[15:0]、CONTROL连接FLASH芯片U3。
进一步地,Update Bitstream区域在出厂时存储的固件版本与Golden Bitstream区域的固件版本相同。
本发明还提供一种基于所述的系统的国产FPGA远程升级方法,该方法包括如下步骤:
Step1:系统启动加电,单片机U1判断是否从串口/其他通信接口接收到了升级指令,此处约定升级指令中的升级状态字为0xAAAA;
Step2:判断升级指令中的升级状态字,若状态字为0xAAAA,进入升级分支执行Step4,否则执行FPGA加载分支执行Step3;
Step3:对FPGA U2加载本地Update Bitstream存储的FPGA固件版本;
Step4:通过串口或其他通信接口接收FPGA固件包,接收完成后执行Step5;
Step5:对接收的固件包进行CRC校验,判断固件包是否接收完整,并将校验结果通过串口或其他通信接口反馈给远程终端;若校验正确则执行Step6,若校验错误则执行Step10;
Step6:向FLASH芯片U3的Update Bitstream存储区写入最新的FPGA固件文件,写入完成后执行Step7;
Step7:对写入FLASH的Update Bitstream存储区的固件进行CRC校验,并对升级结果状态字进行置位,若升级成功设置结果状态字为0xAA55,升级失败设置状态字为0x55AA,并通过串口或其他通信接口反馈升级状态字;判断升级结果状态字,若状态字为0xAA55,执行Step3;若升级状态字为0x55AA,执行Step8;
Step8:从FLASH芯片U3中读取Golden Bitstream区域的固件版本程序,执行Step9;
Step9:向FLASH芯片U3的Update Bitstream区域写入Step8读取的GoldenBitstream程序,完成程序回卷,执行Step3;
Step10:通过串口或其他通信接口接收是否重新加载升级固件的指令,若重新加载则执行Step5,若不再加载,则执行Step11;
Step11:程序升级失败,加载出厂程序,执行Step3。
(三)有益效果
本发明提出一种国产FPGA远程升级系统和方法,相比较传统的更新FPGA固件程序的JTAG接口方法,无需拆解设备,通过串口或其他通信接口进行升级,降低了升级成本,节省了升级所用的时间,同时在升级失败的情况下可自动回卷程序到出厂状态,防止由于升级失败而导致的宕机。
附图说明
图1为本发明国产FPGA远程升级系统框图;
图2为本发明的FPGA远程升级方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供了一种国产FPGA远程升级的方法,相比较传统的更新FPGA固件程序的JTAG接口方法,无需拆解设备,通过串口或其他通信接口进行升级,降低了升级成本,节省了升级所用的时间。
为解决国产VirtexⅡ系列FPGA远程升级问题,本发明提供了一种通过ARM配置国产FPGA方式进行远程升级,ARM外扩RS422串口或其他通信接口接收FPGA的配置文件,再将配置文件写入外扩的FLASH中,从而完成国产VirtexⅡ系列FPGA的远程升级。
以下,将参照附图和实例对本发明进行阐述。
如附图1所示硬件框图,国产FPGA远程升级系统包括RS422串口/其他通信接口、单片机U1、FLASH芯片U3和FPGA U2。
RS422串口/其他通信接口的功能为接收升级的固件程序及升级指令;
U1为国产单片机,运行FPGA加载程序以及固件升级程序,单片机U1的UART1_TX、UART1_RX口连接RS422串口/其他通信接口;
单片机U1外接FLASH芯片U3用于存储FPGA固件,如图1,单片机U1通过DATA_BUS[7:0]、ADDR_BUS[15:0]、CONTROL连接FLASH芯片U3;
单片机GPIO口与FPGA U2配置接口相连,GPIO模拟FPGA从并时序;U2为国产FPGA,其加载模式配置为M[2:0]=110,即将FPGA配置为“从并”模式;
在U3的两个地址区域存储两种FPGA程序,即Golden Bitstream和UpdateBitstream,Golden Bitstream存储的是出厂时的FPGA固件,在产品生命周期内不进行更换或升级;Update Bitstream存储的是升级后的FPGA固件,此区域在出厂时存储的固件版本与Golden Bitstream区域的固件版本相同。
进一步地,单片机U1为ARM。
进一步地,单片机U1为GD32VF103VBT6。
进一步地,FPGA U2为国产VirtexⅡ系列FPGA。
进一步地,FPGA U2为SM2QV1000FG256。
进一步地,RS422串口/其他通信接口从远处接收升级的固件程序及升级指令。
如附图2所示,国产FPGA远程升级方法包括如下步骤:
Step1:系统启动加电,单片机U1判断是否从RS422串口/其他通信接口接收到了升级指令,此处约定升级指令中的升级状态字为0xAAAA;
Step2:判断升级指令中的升级状态字,若状态字为0xAAAA,进入升级分支执行Step4,否则执行FPGA加载分支执行Step3;
Step3:对FPGA U2加载本地Update Bitstream存储的FPGA固件版本;
Step4:通过RS422串口或其他通信接口接收FPGA固件包,接收完成后执行Step5;
Step5:对接收的固件包进行CRC校验,判断固件包是否接收完整,并将校验结果通过串口或其他通信接口反馈给远程终端。若校验正确则执行Step6,若校验错误则执行Step10;
Step6:向FLASH芯片U3的Update Bitstream存储区写入最新的FPGA固件文件,写入完成后执行Step7;
Step7:对写入FLASH的Update Bitstream存储区的固件进行CRC校验,并对升级结果状态字进行置位,若升级成功设置结果状态字为0xAA55,升级失败设置状态字为0x55AA,并通过串口或其他通信接口反馈升级状态字。判断升级结果状态字,若状态字为0xAA55,执行Step3。若升级状态字为0x55AA,执行Step8;
Step8:从FLASH芯片U3中读取Golden Bitstream区域的固件版本程序,执行Step9;
Step9:向FLASH芯片U3的Update Bitstream区域写入Step8读取的GoldenBitstream程序,完成程序回卷,执行Step3;
Step10:通过串口或其他通信接口接收是否重新加载升级固件的指令。若重新加载则执行Step5,若不再加载,则执行Step11;
Step11:程序升级失败,加载出厂程序,执行Step3;
本发明的益处:
本发明提供了一种国产FPGA远程升级的方法,相比较传统的更新FPGA固件程序的JTAG接口方法,无需拆解设备,通过串口或其他通信接口进行升级,降低了升级成本,节省了升级所用的时间,同时在升级失败的情况下可自动回卷程序到出厂状态,防止由于升级失败而导致的宕机。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种国产FPGA远程升级系统,其特征在于,该系统包括RS422串口/其他通信接口、单片机U1、FLASH芯片U3和FPGA U2;
RS422串口/其他通信接口用于接收升级的固件程序及升级指令;
U1为国产单片机,运行FPGA加载程序以及固件升级程序,单片机U1连接RS422串口/其他通信接口;
单片机U1外接FLASH芯片U3用于存储FPGA固件;
单片机GPIO口与FPGA U2配置接口相连,GPIO模拟FPGA从并时序;U2为国产FPGA,其加载模式配置为M[2:0]=110,即将FPGA配置为“从并”模式;
在FLASH芯片U3的两个地址区域存储两种FPGA程序,即Golden Bitstream和UpdateBitstream,Golden Bitstream存储的是出厂时的FPGA固件,在产品生命周期内不进行更换或升级;Update Bitstream存储的是升级后的FPGA固件。
2.如权利要求1所述的国产FPGA远程升级系统,其特征在于,单片机U1为ARM。
3.如权利要求1所述的国产FPGA远程升级系统,其特征在于,单片机U1为GD32VF103VBT6。
4.如权利要求1所述的国产FPGA远程升级系统,其特征在于,FPGA U2为国产VirtexⅡ系列FPGA。
5.如权利要求1所述的国产FPGA远程升级系统,其特征在于,FPGA U2为SM2QV1000FG256。
6.如权利要求1所述的国产FPGA远程升级系统,其特征在于,RS422串口/其他通信接口从远处接收升级的固件程序及升级指令。
7.如权利要求1所述的国产FPGA远程升级系统,其特征在于,单片机U1的UART1_TX、UART1_RX口连接RS422串口/其他通信接口。
8.如权利要求1所述的国产FPGA远程升级系统,其特征在于,单片机U1通过DATA_BUS[7:0]、ADDR_BUS[15:0]、CONTROL连接FLASH芯片U3。
9.如权利要求1所述的国产FPGA远程升级系统,其特征在于,Update Bitstream区域在出厂时存储的固件版本与Golden Bitstream区域的固件版本相同。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述的系统的国产FPGA远程升级方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
Step1:系统启动加电,单片机U1判断是否从串口/其他通信接口接收到了升级指令,此处约定升级指令中的升级状态字为0xAAAA;
Step2:判断升级指令中的升级状态字,若状态字为0xAAAA,进入升级分支执行Step4,否则执行FPGA加载分支执行Step3;
Step3:对FPGA U2加载本地Update Bitstream存储的FPGA固件版本;
Step4:通过串口或其他通信接口接收FPGA固件包,接收完成后执行Step5;
Step5:对接收的固件包进行CRC校验,判断固件包是否接收完整,并将校验结果通过串口或其他通信接口反馈给远程终端;若校验正确则执行Step6,若校验错误则执行Step10;
Step6:向FLASH芯片U3的Update Bitstream存储区写入最新的FPGA固件文件,写入完成后执行Step7;
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Step11:程序升级失败,加载出厂程序,执行Step3。
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