CN113923205B - 一种物联网智能感知终端远程重构系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种物联网智能感知终端远程重构系统，系统包括：带有FPGA的被控终端和远程控制单元；远程控制单元分别与被控终端和控制设备连接；远程控制单元用于接收控制设备发送的控制信息，并对控制信息进行处理后发送至FPGA，以使FPGA根据预处理后的控制信息进行远程局部自主重构。本发明公开的系统克服了传统物联网终端不能实现远程控制以及无法跟随功能需要而进行局部自主重构的问题，具有更好的通用性和拓展性。

Description

一种物联网智能感知终端远程重构系统
技术领域
本发明涉及远程控制以及重构技术领域，特别是涉及一种物联网智能感知终端远程重构系统。
背景技术
现有物联网终端设备的数量非常庞大，通常部署于无人监控和操作的恶劣条件下，无法实现远程对终端进行操作。同时，现有智能感知终端功能单一，不具备增减特性和可替换特性，无法适应复杂多变的应用场景和对象。若为每一个服务对象配一套计算平台，则会极大增加成本、系统的复杂性以及不确定性，无法满足面向物联网应用端的系统设计需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种物联网智能感知终端远程重构系统，以实现远程控制局部自主重构。
为实现上述目的，本发明提供了一种物联网智能感知终端远程重构系统，所述系统包括：
带有FPGA的被控终端和远程控制单元；所述远程控制单元分别与所述被控终端和控制设备连接；
所述远程控制单元用于接收所述控制设备发送的控制信息，并对所述控制信息进行处理后发送至FPGA，以使FPGA根据预处理后的控制信息进行远程局部自主重构。
可选地，所述远程控制单元包括：
WiFi模块、无线路由模块和串口转WiFi模块；
所述WiFi模块分别与所述被控终端和所述无线路由模块连接，所述无线路由模块分别与所述串口转WiFi模块、所述被控终端和所述控制设备连接，所述串口转WiFi模块与所述被控终端中的FPGA连接；
所述被控终端上电后，所述WiFi模块工作在AP模式，建立一个以所述WiFi模块为中心的无线网络，将无线网络配置信息发送到所述无线路由模块，以使所述无线路由模块根据接收到的所述无线网络配置信息连接所述被控终端和所述控制设备；当WiFi模块工作在STA组网模式时，所述控制设备通过所述无线路由模块发送控制信息至所述串口转WiFi模块，以使所述串口转WiFi模块将所述控制信息进行初步处理后发送至所述被控终端内的FPGA。
可选地，所述配置信息包括：所述WiFi模块的SSID服务集标识和密码信息。
可选地，所述无线路由模块包括宽带路由器、核心路由器和软路由器中至少一种。
可选地，所述控制信息包括：MAC地址、ID和用户定义信息。
可选地，所述被控终端包括：FPGA、存储器和ICAP端口；
所述存储器，用于存储ace格式的全局初始化配置文件；
所述FPGA，通过所述ICAP端口与所述存储器连接，用于根据初步处理后的控制信息确定局部配置位流文件，并从所述全局初始化配置文件中选取局部配置位流文件，并将所述局部配置位流文件发送至可重构区域进行远程局部自主重构。
可选地，所述被控终端还包括：电源，与FPGA连接，用于给所述FPGA提供电能。
可选地，所述FPGA包括：第一控制器、第二控制器、第三控制器和可重构区域；所述第一控制器分别与所述串口转WiFi模块和所述第二控制器连接，所述第二控制器与所述第三控制器连接；所述第三控制器通过所述ICAP端口与所述存储器连接；
所述第一控制器用于根据接收到的初步处理后的控制信息生成重构指令，并发送至所述第二控制器，以使所述第二控制器根据所述重构指令控制所述第三控制器通过所述ICAP端口从所述存储器选取所述局部配置位流文件，并将所述局部配置位流文件发送至可重构区域进行远程局部自主重构。
可选地，所述FPGA还包括：
LMB总线和BRAM；所述第一控制器通过所述LMB总线与所述BRAM连接，所述第一控制器用于将初步处理后的控制信息通过所述LMB总线发送至所述BRAM进行存储。
可选地，所述串口转WiFi模块接收所述控制信息时，不断检测相邻两个字节的时间间隔；如果时间间隔大于设定的打包时间，则认为一帧数据发送完毕，否则一直接收数据。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种物联网智能感知终端远程重构系统，系统包括：带有FPGA的被控终端和远程控制单元；远程控制单元分别与被控终端和控制设备连接；远程控制单元用于接收控制设备发送的控制信息，并对控制信息进行处理后发送至FPGA，以使FPGA根据预处理后的控制信息进行远程局部自主重构。本发明公开的系统克服了传统物联网终端不能实现远程控制以及无法跟随功能需要而进行局部自主重构的问题，具有更好的通用性和拓展性。
附图说明
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，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明物联网智能感知终端远程重构系统结构框图；
图2为本发明远程控制单元内各结构连接示意图；
图3为本发明被控终端内各结构连接示意图；
图4为本发明FPGA内各结构连接示意图；
图5为本发明串口转WiFi模块结构示意图。
符号说明：1-被控终端，11-FPGA，111-第一控制器，112-第二控制器，113-第三控制器，114-可重构区域，115-LMB总线，116-BRAM，12-ICAP端口，13-存储器，2-远程控制单元，21-WiFi模块，22-无线路由模块，23-串口转WiFi模块，3-控制设备。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种物联网智能感知终端远程重构系统，以实现远程控制局部自主重构。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明公开一种物联网智能感知终端远程重构系统，所述系统包括：带有FPGA11的被控终端1和远程控制单元2；所述远程控制单元2分别与所述被控终端1和控制设备3连接；所述远程控制单元2用于接收所述控制设备3发送的控制信息，并对所述控制信息进行处理后发送至FPGA11，以使FPGA11根据预处理后的控制信息进行远程局部自主重构。
如图2所示，本发明所述远程控制单元2包括：WiFi模块21、无线路由模块22和串口转WiFi模块23；所述WiFi模块21分别与所述被控终端1和所述无线路由模块22连接，所述无线路由模块22分别与所述串口转WiFi模块23、所述被控终端和所述控制设备3连接，所述串口转WiFi模块23与所述被控终端1中的FPGA11连接。
所述被控终端1上电后，所述WiFi模块21工作在AP模式，建立一个以所述WiFi模块21为中心的无线网络，将无线网络配置信息发送到所述无线路由模块22，以使所述无线路由模块22根据接收到的所述无线网络配置信息连接所述被控终端1和所述控制设备3；当WiFi模块21工作在STA组网模式时，所述控制设备3通过所述无线路由模块22发送控制信息至所述串口转WiFi模块23，以使所述串口转WiFi模块23将所述控制信息进行初步处理后发送至所述被控终端1内的FPGA11。本实施例中的所述控制信息包括：MAC地址、ID和用户定义信息。所述配置信息包括：所述WiFi模块21的SSID服务集标识和密码信息。
如图5所示，本发明串口转WiFi模块23采用基于UART接口的嵌入式模块ESP8266，内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈。使用透传的通信模式实现RS232、RS485数据到无线网络之间的转换，完成通用UART接口与网络设备之间的数据传输。具体的，所述串口转WiFi模块23工作在SOCKET模式下，将接收到的控制信息打包进行Socket透传通信。所述串口转WiFi模块23接收所述控制信息时，不断检测相邻两个字节的时间间隔；如果时间间隔大于设定的打包时间，则认为一帧数据发送完毕，否则一直接收数据。
如图5所示，透传模式下的Socket连接，采用TCP或UDP两种方式。当UART接口接El写入数据时，UART接口会自动向Socket转发数据。通过Socket接收的数据都将通过UART接口发送至无线路由模块22。当Socket设置成TCP Server状态时，多TCP链路连接的情况下，从TCP传输的数据会被逐个转发到UART接口上。当Socket设置成UDP Server状态时，若串口先接收到数据，UART接口会将数据转发到已设置好IP和端口的服务器中，如果UDP Server接收到数据，UART接口会记录下发送数据的源地址，当串口接收到数据后，UART接口向该地址转发数据。
本实施例中，所述无线路由模块22包括宽带路由器、核心路由器和软路由器中至少一种。所述无线路由模块22接收无线网络配置信息后，并判断注册是否成功，如果注册成功，则连接被控终端1进行远程控制和数据交互。
本实施例中，所述WiFi模块21指的是嵌入式WiFi模块21，将串口或TTL电平转换为符合WiFi无线网络的通信标准，初步连接时所述WiFi模块21工作在AP模式，进行远程通信时工作在STA组网模式。当WiFi模块21工作在AP模式时，处于网络的中心节点，自动组建一个有明确SSID的无线局域网络；当WiFi模块21工作在STA组网模式时，控制信息从所述控制设备3依次通过无线路由模块22和串口转WiFi模块23后发送到被控终端1。
如图3所示，本发明所述被控终端包括：FPGA11、存储器13和ICAP端口12；FPGA11通过所述ICAP端口12与所述存储器13连接；所述存储器13用于存储ace格式的全局初始化配置文件；所述FPGA11用于根据初步处理后的控制信息确定局部配置位流文件，并从所述全局初始化配置文件中选取局部配置位流文件，并将所述局部配置位流文件发送至可重构区域114进行远程局部自主重构。
本实施例中，所述存储器13优选为CF存储卡。本发明基于FPGA11的OPC进行局部自主重构。
作为一种可选的实施方式，本发明所述被控终端还包括：电源，与FPGA11连接，用于给所述FPGA11提供电能。
作为一种可选的实施方式，本发明所述被控终端还包括：AXI总线、SOC板卡和I/O板，所述串口转WiFi模块23依次通过所述I/O板、所述SOC板卡和所述AXI总线将初步处理后的控制信息发送至所述FPGA11中的所述第一控制器111。I/O板还用于存储通过所述AXI总线和所述SOC板卡发送的局部自主重构信息。
作为一种可选的实施方式，本发明所述被控终端还包括：重构I/O接口，分别与所述I/O板和FPGA连接；串口转WiFi模块23依次通过所述I/O板和所述重构I/O接口根据初步处理后的控制信息在FPGA的可重构区域中按需进行配置I/O接口逻辑。
如图4所示，所述FPGA11包括：第一控制器111、第二控制器112、第三控制器113和可重构区域114；所述第一控制器111分别与所述串口转WiFi模块23和所述第二控制器112连接，所述第二控制器112与所述第三控制器113连接；所述第三控制器113通过所述ICAP端口12与所述存储器13连接。
所述第一控制器111用于根据接收到的初步处理后的控制信息生成重构指令，并发送至所述第二控制器112，以使所述第二控制器112根据所述重构指令控制所述第三控制器113通过所述ICAP端口12从所述存储器13选取所述局部配置位流文件，并将所述局部配置位流文件发送至可重构区域114进行远程局部自主重构。
本实施例中，所述第一控制器111为自重构控制器MicroBlaze，所述第二控制器112为HWICAP控制器，所述第三控制器113为SystemACE控制器，本发明需要三个控制器相互配合下完成局部自主重构。
本发明所述FPGA11还包括：LMB总线115和BRAM116；所述第一控制器111通过所述LMB总线115与所述BRAM116连接，所述第一控制器111用于将初步处理后的控制信息通过所述LMB总线115发送至所述BRAM116进行存储。
本发明所述FPGA11还包括：PCle控制器，与AXI总线连接；通过AXI总线配置PCLe控制器中的寄存器。
局部自重构是指：将生成的合并软件和硬件信息的全局初始化配置文件由bit格式转换成ace格式，然后将此ace文件存储于CF存储卡中。开发板上电后，SystemACE控制器通过JTAG端口读取CF存储卡上的ace文件，全局初始化FPGA配置；当需改变系统部分功能（即第一控制器111接收到初步处理后的控制信息时），MicroBlaze（第一控制器111）发送重构命令给HWICAP（第二控制器112），SystemACE（第三控制器113）从外部CF存储卡读取该部分功能对应的局部配置位流文件，并由HWICAP将所述局部配置位流文件配置到FPGA相应可重构分区，完成FPGA局部自重构。涉及的重构功能完全在FPGA芯片上实现，无需外界干预，实现FPGA的自重构。
本发明系统运行过程中保持部分资源不变，只对待重构部分进行部分硬件逻辑功能的修改。需要在系统设计初期对整个系统进行划分，将反复切换使用的硬件任务作为动态部分可重构模块，系统的其他部分作为静态模块，并在可编程逻辑器件上划分出要经常被修改的区域。由于动态部分可重构系统只修改系统中部分动态可重构模块，未修改部分保持正常运行，在满足终端系统不同功能需求的同时，减少重构数据配置量、缩小重构范围，提高配置速度的同时缩短系统重构时间。动态区域的功能应用局部可重构技术，计算任务功能和与接入设备匹配的I/O接口逻辑按需进行配置，可提高FPGA的资源利用率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种物联网智能感知终端远程重构系统，其特征在于，所述系统包括：
带有FPGA的被控终端和远程控制单元；所述远程控制单元分别与所述被控终端和控制设备连接；
所述远程控制单元用于接收所述控制设备发送的控制信息，并对所述控制信息进行处理后发送至FPGA，以使FPGA根据预处理后的控制信息进行远程局部自主重构；
所述远程控制单元包括：
WiFi模块、无线路由模块和串口转WiFi模块；
所述WiFi模块分别与所述被控终端和所述无线路由模块连接，所述无线路由模块分别与所述串口转WiFi模块、所述被控终端和所述控制设备连接，所述串口转WiFi模块与所述被控终端中的FPGA连接；
所述被控终端上电后，所述WiFi模块工作在AP模式，建立一个以所述WiFi模块为中心的无线网络，将无线网络配置信息发送到所述无线路由模块，以使所述无线路由模块根据接收到的所述无线网络配置信息连接所述被控终端和所述控制设备；当WiFi模块工作在STA组网模式时，所述控制设备通过所述无线路由模块发送控制信息至所述串口转WiFi模块，以使所述串口转WiFi模块将所述控制信息进行初步处理后发送至所述被控终端内的FPGA；
所述被控终端包括：FPGA、存储器和ICAP端口；
所述存储器，用于存储ace格式的全局初始化配置文件；
所述FPGA，通过所述ICAP端口与所述存储器连接，用于根据初步处理后的控制信息确定局部配置位流文件，并从所述全局初始化配置文件中选取局部配置位流文件，并将所述局部配置位流文件发送至可重构区域进行远程局部自主重构；
所述FPGA包括：第一控制器、第二控制器、第三控制器和可重构区域；所述第一控制器分别与所述串口转WiFi模块和所述第二控制器连接，所述第二控制器与所述第三控制器连接；所述第三控制器通过所述ICAP端口与所述存储器连接；
所述第一控制器用于根据接收到的初步处理后的控制信息生成重构指令，并发送至所述第二控制器，以使所述第二控制器根据所述重构指令控制所述第三控制器通过所述ICAP端口从所述存储器选取所述局部配置位流文件，并将所述局部配置位流文件发送至可重构区域进行远程局部自主重构。
2.根据权利要求1所述的物联网智能感知终端远程重构系统，其特征在于，所述配置信息包括：所述WiFi模块的SSID服务集标识和密码信息。
3.根据权利要求1所述的物联网智能感知终端远程重构系统，其特征在于，所述无线路由模块包括宽带路由器、核心路由器和软路由器中至少一种。
4.根据权利要求1所述的物联网智能感知终端远程重构系统，其特征在于，所述控制信息包括：MAC地址、ID和用户定义信息。
5.根据权利要求1所述的物联网智能感知终端远程重构系统，其特征在于，所述被控终端还包括：电源，与FPGA连接，用于给所述FPGA提供电能。
6.根据权利要求1所述的物联网智能感知终端远程重构系统，其特征在于，所述FPGA还包括：
LMB总线和BRAM；所述第一控制器通过所述LMB总线与所述BRAM连接，所述第一控制器用于将初步处理后的控制信息通过所述LMB总线发送至所述BRAM进行存储。
7.根据权利要求1所述的物联网智能感知终端远程重构系统，其特征在于，所述串口转WiFi模块接收所述控制信息时，不断检测相邻两个字节的时间间隔；如果时间间隔大于设定的打包时间，则认为一帧数据发送完毕，否则一直接收数据。
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