CN114756421A - 一种fpga原型验证系统外围扩展设备热拔除处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供FPGA原型验证系统外围扩展设备的热拔除处理系统，其感应模块与系统电连接，其监控模块设于系统内；感应模块按感应策略，对靠近系统的外部物体进行感应，并当距离小于等于阈值时，生成感应信号并向系统发送；监控模块被配置为：按判断策略，判断是否接收到感应信号，并在判断出接收到感应信号时，输出提示信息，以提示外部物体将对外围扩展设备进行热拔除操作。本发明还提供一种FPGA原型验证系统和热拔除处理方法。本发明可以有效地减少误操作的热拔除带来的IO接口损伤同时对FPGA系统的主功能不会产生影响。

Description

一种FPGA原型验证系统外围扩展设备热拔除处理系统及方法

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，尤其涉及一种FPGA系统的热拔除处理系统和热拔除处理方法。更具体地，涉及FPGA原型验证领域。

背景技术

FPGA芯片属于专用集成电路(ASIC)中的一种半定制化电路，是可编程的逻辑阵列，能够有效解决原有的器件门电路较少的问题，因而常常用于芯片设计中的原型验证，即采用一个或多个FPGA器件作为原型验证系统的核心芯片，并辅以大量的外部扩展设备共同构成FPGA原型验证系统。

通常，在FPGA原型验证系统进行芯片设计的原型验证中，即在对FPGA芯片进行调试编程时需要使用到FPGA板，FPGA板是一块多达十几层的PCB印刷电路板，FPGA板上面设置有FPGA主芯片、多个连接器等，还通过连接器、连接线等方式引出FPGA芯片的IO(输入输出)管脚、用户调试管脚排针，以及FPGA芯片外部设置有大量外围扩展设备，如LED显示灯、按钮开关、JTAG接口等各类器件及模块，这些外围扩展设备辅助用于FPGA芯片进行芯片设计的原型验证，方便用于芯片设计的原型验证中进行功能开发及交互等。

目前，FPGA原型验证系统中的主芯片，其使用寿命经常会提前终止。现有的解决方式只能简单地替换FPGA主芯片。但是用于FPGA原型系统中的FPGA主芯片为中高端的FPGA芯片，其成本十分昂贵，动辄每颗几万甚至几十万人民币，修复成本十分昂贵。

这是因为现有技术的FPGA原型验证系统中的互联接口的数量比较少，很难对其进行附加额外的功能设计而不影响FPGA原型验证系统的主功能。

基于以上，本领域亟需提供解决以上技术问题的技术方案。

发明内容

本发明的第一目的在于获得一种FPGA原型验证系统外围扩展设备的热拔除处理系统。

本发明的第二目的在于获得一种含有所述的热拔除处理系统的FPGA原型验证系统。

本发明的第三目的在于获得一种FPGA原型验证系统外围扩展设备的热拔除处理方法。

本发明第一方面提供一种FPGA原型验证系统外围扩展设备的热拔除处理系统，所述热拔除处理系统包括感应模块和监控模块，所述感应模块与所述FPGA原型验证系统电连接，所述监控模块设置于所述FPGA原型验证系统内；

所述感应模块被配置为：

按预设的感应策略，对靠近所述FPGA原型验证系统的外部物体进行感应，并当所述外部物体与所述外围扩展设备的距离小于等于预设距离阈值时，生成感应信号，并将所述感应信号向所述FPGA原型验证系统发送，其中所述外围扩展设备为所述FPGA原型验证系统在进行FPGA原型验证时使用的外围扩展设备；

所述监控模块被配置为：

按预设的判断策略，判断是否接收到所述感应模块发送的感应信号，并在判断出接收到所述感应信号时，输出提示信息，以通过所述提示信息提示所述外部物体将对所述外围扩展设备进行热拔除操作。

在本发明的一个优选实施方式中，所述感应模块设置在所述外围扩展设备上；

所述感应模块与所述FPGA原型验证系统电连接包括：所述感应模块通过所述外围扩展设备与所述FPGA原型验证系统之间进行电连接。

在本发明的一个优选实施方式中，所述感应模块包括以下至少一种模块：红外感应模块、指纹识别模块；

优选地，当所述感应模块包括指纹识别模块时，所述指纹识别模块包括电容性感应按钮，所述电容性感应按钮设置于所述外围扩展设备上。

在本发明的一个优选实施方式中，所述FPGA原型验证系统包括FPGA主板单元和电源控制单元，所述外围扩展设备与所述FPGA主板单元电连接，所述监控模块设置于所述电源控制单元内。

在本发明的一个优选实施方式中，所述电源控制单元包括片上系统；

所述监控模块设置于所述电源控制单元内包括：所述监控模块设置于所述片上系统内。

在本发明的一个优选实施方式中，所述FPGA原型验证系统还包括存储单元，所述存储单元用于记录所述感应信号和/或所述提示信息。

本发明的第二方面提供一种含有所述的热拔除处理系统的FPGA原型验证系统。

本发明的第三方面提供一种FPGA原型验证系统外围扩展设备的热拔除处理方法，所述热拔除处理方法包括：

按预设的感应策略，通过感应模块对靠近所述FPGA原型验证系统的外部物体进行感应，并当所述外部物体与所述外围扩展设备的距离小于等于预设距离阈值时，生成感应信号，并将所述感应信号向所述FPGA原型验证系统发送，其中所述外围扩展设备为所述FPGA原型验证系统在进行FPGA原型验证时使用的外围扩展设备；

按预设的判断策略，判断是否接收到所述感应模块发送的感应信号，并在判断出接收到所述感应信号时，输出提示信息，以通过所述提示信息提示所述外部物体将对所述外围扩展设备进行热拔除操作。

在本发明的一个优选实施方式中，所述感应策略包括第一感应策略和第二感应策略，所述提示信息包括第一提示信息和第二提示信息，其中第一感应策略包括采用红外感应器进行感应识别的策略，第二感应策略包括采用指纹识别器进行感应识别的策略，所述第一提示信息包括采用LED灯进行提示的信息，所述第二提示信息包括采用蜂鸣器进行提示的信息；

按预设的感应策略，对靠近所述FPGA原型验证系统的外部物体进行感应包括：

按第一感应策略，通过红外感应器对靠近所述FPGA原型验证系统的手部进行感应识别，以及按第二感应策略，通过指纹识别器对接触所述外部扩展设备的手部进行识别；

判断是否接收到所述感应模块发送的感应信号，并在判断出接收到所述感应信号时，输出提示信息，包括：

若判断出接收到所述红外感应器发送的感应信号，则通过LED灯输出所述第一提示信息；

若判断出接收到所述指纹识别器发送的感应信号，则通过蜂鸣器输出所述第二提示信息；

若判断出未接收到所述感应模块发送的感应信号，则进入下一个判断周期。

在本发明的一个优选实施方式中，所述热拔除处理方法还包括：对所述输出提示信息的发生时间进行记录。

本发明能够带来以下至少一种有益效果：

1、有效地减少误操作的热拔除带来的IO接口损伤。

2、利用了现有的FPGA系统上的各类已有的资源，无需再添加额外的模块或者电路实现该预警功能，在不增加额外成本的情况下，实现有效的预警功能。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为现有的FPGA系统连接结构示意图；

图2为本发明的FPGA系统元件分布结构图；

图3为本发明的FPGA系统控制流程图。

具体实施方式

本发明中，发明人经过了广泛和深入的试验，发现只要有效减少误操作的热拔除带来的IO接口损伤，可以大大提高FPGA系统调试时的工作效率；此外，本发明提供的技术方案利用了现有的FPGA系统上的各类已有的资源，无需再添加额外的模块或者电路实现该预警功能，在不增加额外成本的情况下，实现有效的预警功能。

本发明的技术构思主要基于以下发现：发明人发现，对于目前市面所售的FPGA系统而言，仅有少部分的高速通道IO支持热插拔，普通IO则不支持热插拔。因此在上电的情况下，由于误操作或不明情况下的热插拔，极易损坏FPGA主芯片的IO管脚，从而使得可用的互联IO或调试IO减少。且从电气特性看，这类损坏是不可逆转、无法进行修复的。

由此造成的技术问题是：当损坏的管脚达到一定规模时，FPGA系统的调试IO接口将大大减少，对于需要采用大量调试IO接口的电路设计来说，使用这样的大量受损的FPGA系统进行调试，将会极大影响了工作效率和设计精度。尤其适用于具有普通IO通道(非高速通道)的FPGA系统。

为此，本发明的构思如下：提供一种干预FPGA系统子卡热拔除的告警系统方法。

其次，告警的时间信息也会保存到FPGA系统的Flash存储芯片当中，可供后续的查询及分析。

再次，普通的告警系统容易占用FPGA系统的资源而难以实现，例如会产生验证系统综合速度比较慢的问题。而本发明，优选地，尽量通过特定的尽量少占用资源的方式实现：例如，子卡和FPGA板、PCM板等通过板间连接器相连；子卡上设置感应单元，如有物体或手部靠近或接触到子卡，则会发出中断输出到FPGA PCM上的SOC芯片，SOC芯片会判断中断的种类，再控制FPGA系统中的警报系统发出警告信息，从而能够对子卡热拔除的行为进行干预。本发明利用了现有的FPGA系统上的各类已有的资源，无需再添加额外的模块或者电路实现该预警功能，在不增加额外成本的情况下，实现有效的预警功能。适用于具有普通IO通道(非高速通道)的FPGA系统。使得器件完成所有功能所需时间都在可接受范围内。

本发明中所述的“或”，包含了“和”的关系。所述“和”相当于布尔逻辑运算符“AND”，所述“或”相当于布尔逻辑运算符“OR”，而“AND”是“OR”的子集。

以下对本发明的各个方面进行详述：

热拔除处理系统

本发明提供的FPGA原型验证系统外围扩展设备的热拔除处理系统，所述热拔除处理系统包括感应模块和监控模块，所述感应模块与所述FPGA原型验证系统电连接，所述监控模块设置于所述FPGA原型验证系统内；所述感应模块被配置为：按预设的感应策略，对靠近所述FPGA原型验证系统的外部物体进行感应，并当所述外部物体与所述外围扩展设备的距离小于等于预设距离阈值时，生成感应信号，并将所述感应信号向所述FPGA原型验证系统发送，其中所述外围扩展设备为所述FPGA原型验证系统在进行FPGA原型验证时使用的外围扩展设备；所述监控模块被配置为：按预设的判断策略，判断是否接收到所述感应模块发送的感应信号，并在判断出接收到所述感应信号时，输出提示信息，以通过所述提示信息提示所述外部物体将对所述外围扩展设备进行热拔除操作。

发明人利用了现有的FPGA原型验证系统上的各类已有的资源，无需再添加额外的模块或者电路实现该预警功能，在不增加额外成本的情况下，实现有效的预警功能，从而大大延长了FPGA原型验证系统中的主芯片的使用寿命。

就本文而言，所述“靠近所述FPGA原型验证系统的外部物体”包括但不限于手部、手指、或其他物体。

感应模块

本发明的感应模块与FPGA原型验证系统电连接。所述感应模块被配置为：按预设的感应策略，对靠近所述FPGA原型验证系统的外部物体进行感应，并当所述外部物体与所述外围扩展设备的距离小于等于预设距离阈值时，生成感应信号，并将所述感应信号向所述FPGA原型验证系统发送，其中所述外围扩展设备为所述FPGA原型验证系统在进行FPGA原型验证时使用的外围扩展设备。

在本发明的一个优选实施方式中，所述感应模块设置在所述外围扩展设备上。

所述感应模块与所述FPGA原型验证系统电连接包括：所述感应模块通过所述外围扩展设备与所述FPGA原型验证系统之间进行电连接。

在一个具体实施方式中，所述FPGA系统的外围扩展设备包括两类：子卡和电缆。例如，所述子卡或电缆上设置的公头连接器和FPGA系统上设置的母头连接器紧密结合，实现电路上的连通及功能上的交互。

在本发明的一个具体实施方式中，所述外围扩展设备包括子卡。所述子卡上可设置一个或多个感应模块。所述感应模块优选地采用红外感应模块、指纹识别模块或其组合。更优选地，所述指纹识别模块为电容性指纹识别模块。

在一个具体实施方式中，所述子卡提供了各种协议支持、存储介质及外部设备和FPGA系统之间的数据通路。所述各种协议支持包括但不限于PCIe、DDR4、MIPI协议或其组合。

在本发明的一个优选实施方式中，所述感应模块包括以下至少一种模块：红外感应模块、指纹识别模块。

在本发明的一个优选实施方式中，当所述感应模块包括指纹识别模块时，所述指纹识别模块包括电容性感应按钮，所述电容性感应按钮设置于所述外围扩展设备上。

监控模块

本发明的监控模块设置于所述FPGA原型验证系统内。所述监控模块被配置为：按预设的判断策略，判断是否接收到所述感应模块发送的感应信号，并在判断出接收到所述感应信号时，输出提示信息，以通过所述提示信息提示所述外部物体将对所述外围扩展设备进行热拔除操作。

在本发明的一个具体实施方式中，所述监控模块为SOC控制芯片，其控制结构包括输入引脚和输出引脚；所述SOC控制芯片通过所述输入引脚接受本发明所述的感应模块发送的感应信号；通过所述输出引脚控制执行输出结果。

在一个具体实施方式中，所述SOC控制芯片含有ARM模块。优选Xilinx的Zynq或是Intel公司的Cyclone芯片。

在一个具体实施方式中，所述监控模块的控制模式设置为采用轮询工作模式检测是否接收到感应模块发送的感应信号。

在一个具体实施方式中，当所述感应模块为红外感应模块和指纹识别模块时，所述SOC芯片采用轮询工作模式检测以下条件是否成立：通过红外感应器识别是否有包括手指在内的物体相对靠近；和/或通过电容性的指纹识别模块识别是否有手指对子卡的触碰。

在一个具体实施方式中，所述轮询的周期可以设置为不大于10秒。具体地，包括但不限于0.5-10秒，例如0.5秒、1秒、2秒、3秒、4秒、或5秒，或任何处于上述数值的区间。

在一个具体实施方式中，所述预警方式包括采用报警蜂鸣器、LED报警灯或其组合。

FPGA原型验证系统

本发明所述FPGA原型验证系统包括FPGA主板单元和电源控制单元，所述外围扩展设备与所述FPGA主板单元电连接，所述监控模块设置于所述电源控制单元内。

在本发明的一个优选实施方式中，所述电源控制单元包括片上系统；所述监控模块设置于所述电源控制单元内包括：所述监控模块设置于所述片上系统内。

在本发明的一个优选实施方式中，所述FPGA原型验证系统还包括存储单元，所述存储单元用于记录所述感应信号和/或所述提示信息。

在本发明的一个具体实施方式中，所述FPGA原型验证系统包括：FPGA主板单元；所述FPGA主板单元通过连接线连接外围扩展设备；PCM电源控制单元，其通过连接器和所述FPGA主板单元连接；其中，所述SOC控制芯片设置在所述PCM电源控制单元上。

在一个具体实施方式中，所述FPGA原型验证系统上还设有其他可选的SOC的外围元器件，例如：FLASH芯片、指纹识别芯片、电容感应按钮、LED发光管、Beep蜂鸣器或其组合。

在一个具体实施方式中，PCM电源控制单元(全称为Power and Control Module)用于连接FPGA板和电源。通常，PCM电源控制单元通常还有一定的外部接口以实现FPGA系统和外部设备的互联功能，例如USB、以太网、全局复位按钮或其组合。

在一个具体实施方式中，所述FPGA系统与外围电路(用于连接外围扩展设备)的连通方式主要通过连接器实现。连接器一般有两种规格，分别安装于两处：第一种规格设置在FPGA板上面，多为母头连接器，连接FPGA芯片的大部分可用IO；第二种规格设置在外围扩展设备上，多为公头连接器，用于连接子卡上的元器件如功能芯片，分立元件等等。

在本发明的一个具体实施方式中，所述FPGA主板单元设有处理模块，所述处理模块由所述SOC监控模块的输出引脚进行驱动；所述PCM电源监控模块还设有Flash存储芯片，所述Flash存储芯片通过SPI4总线与所述SOC控制芯片相连接。

在一个具体实施方式中，所述处理模块包括报警蜂鸣器、LED报警灯或其组合。

在一个具体实施方式中，所述感应模块(包括指纹识别模块、红外感应器)通过PCB走线与SOC的中断输入引脚连接，同时SOC通过输出引脚来驱动处理模块(例如LED报警灯和报警蜂鸣器)。

在一个具体实施方式中，所述FPGA主板单元包括FPGA主芯片(待调试的FPGA芯片)、多个连接器以引出FPGA芯片的IO(输入输出)管脚、用户调试管脚排针、LED显示灯、按钮开关、JTAG接口等各类器件及模块，上述各个部分组成一个FPGA系统，用于芯片功能开发及交互。

热拔除处理方法

本发明的一种FPGA原型验证系统外围扩展设备的热拔除处理方法，包括：

按预设的感应策略，通过感应模块对靠近所述FPGA原型验证系统的外部物体进行感应，并当所述外部物体与所述外围扩展设备的距离小于等于预设距离阈值时，生成感应信号，并将所述感应信号向所述FPGA原型验证系统发送，其中所述外围扩展设备为所述FPGA原型验证系统在进行FPGA原型验证时使用的外围扩展设备；

按预设的判断策略，判断是否接收到所述感应模块发送的感应信号，并在判断出接收到所述感应信号时，输出提示信息，以通过所述提示信息提示所述外部物体将对所述外围扩展设备进行热拔除操作。

在本发明的一个优选实施方式中，所述感应策略包括第一感应策略和第二感应策略，所述提示信息包括第一提示信息和第二提示信息，其中第一感应策略包括采用红外感应器进行感应识别的策略，第二感应策略包括采用指纹识别器进行感应识别的策略，所述第一提示信息包括采用LED灯进行提示的信息，所述第二提示信息包括采用蜂鸣器进行提示的信息；

按预设的感应策略，对靠近所述FPGA原型验证系统的外部物体进行感应包括：

按第一感应策略，通过红外感应器对靠近所述FPGA原型验证系统的手部进行感应识别，以及按第二感应策略，通过指纹识别器对接触所述外部扩展设备的手部进行识别；

判断是否接收到所述感应模块发送的感应信号，并在判断出接收到所述感应信号时，输出提示信息，包括：

若判断出接收到所述红外感应器发送的感应信号，则通过LED灯输出所述第一提示信息；

若判断出接收到所述指纹识别器发送的感应信号，则通过蜂鸣器输出所述第二提示信息；

若判断出未接收到所述感应模块发送的感应信号，则进入下一个判断周期。

在本发明的一个优选实施方式中，所述热拔除处理方法还包括：对所述输出提示信息的发生时间进行记录。

在本发明的一个具体实施方式中，提供一种FPGA系统外围扩展设备的热拔除处理方法，其所述方法包括如下步骤：(i)将本发明所述的感应模块设置为识别靠近的物体，并向所述FPGA系统的监控模块发送感应信号；(ii)所述FPGA系统的监控模块进入轮询模式；检测是否接收到感应信号；并控制执行输出结果。

在一个具体实施方式中，设在所述外围扩展单元上的感应模块为红外感应模块和指纹识别模块；设在所述FPGA系统内的监控模块为SOC控制芯片，其控制结构包括输入引脚和输出引脚；其中，所述SOC控制芯片通过所述输入引脚接受所述感应模块发送的感应信号；所述输入引脚的输入条件设置如下：输入条件(1)：所述红外感应模块识别到包括手部在内的物体的靠近；输入条件(2)：所述指纹识别模块识别到手指的接触；所述SOC控制芯片的输出引脚根据输入条件种类控制执行输出结果，所述输出引脚的输出结果设置如下：输出结果(1)：若检测到输入条件(1)成立，则执行LED灯报警以进行预警；输出结果(2)：若检测到输入条件(2)成立，则运行报警蜂鸣器以进行预警；输出结果(3)：若输入条件(1)和输入条件(2)均不成立，则所述SOC控制芯片进入下一个轮询周期。

更有利的是，对所述输出结果(2)中的报警蜂鸣器的时间进行记录。

在一个具体实施方式中，采用设置在PCM的Flash进行记录。

基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等描述的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例和对比例

图1示出了现有的FPGA系统连接结构示意图。目前市面所售的FPGA而言，仅有少部分的高速通道IO支持热插拔；普通IO则不支持。图1示出了现有的FPGA系统连接结构示意图。属于不支持热插拔的普通IO类型。

参照图1，其中FPGA系统中的FPGA板通过连接器和PCM板相连接，而子卡又通过另外的连接器和FPGA板连接。所述FPGA系统用于原型验证。

FPGA板通常是一块多达十几层的PCB印刷电路板；是FPGA芯片的载体。一般来说FPGA板上面焊接了FPGA芯片主体，同时会安装多个连接器以引出FPGA芯片的IO管脚。FPGA板上还留有用户调试管脚排针，LED显示灯，按钮开关，JTAG口等器件。

本发明适用于本领域各种FPGA芯片，特别是原型验证系统的FPGA芯片。具体而言，所述FPGA芯片基本结构可包括可编程输入输出单元，可配置逻辑块、数字时钟管理模块、嵌入式块RAM、布线资源、内嵌专用硬核、底层内嵌功能单元或其组合。但所述FPGA的范围不限于此。

FPGA的IO管脚即为输入/输出引脚，其为FPGA验证系统和外网电路交互的主要联系方式。通常FPGA的IO分为普通IO和高速IO两种。普通IO的传输速率一般可以到达几百M赫兹；而高速IO目前可以做到单路达几十Gbit的数量级别。

由于FPGA芯片具有布线资源丰富，可重复编程和集成度高，投资较低的特点，在数字电路设计领域得到了广泛的应用。FPGA芯片的设计流程包括算法设计、代码仿真以及设计、板机调试，设计者以及实际需求建立算法架构，利用EDA建立设计方案或HDL编写设计代码，通过代码仿真保证设计方案符合实际要求，最后进行板级调试，利用配置电路将相关文件下载至FPGA芯片中，验证实际运行效果。

一个连接器(板间连接器)内通常含有数百个金属引脚；一般有两种规格，分别安装于两处：一为FPGA板上面，多为母头连接器，连接了FPGA的大部分可用IO；二在子卡上，多为公头连接器；连接子卡上的元器件如功能芯片，分立元件等等。通过子卡上的连接器和FPGA板上连接器紧密扣合，从而实现数据上的通路与交互及设计功能的实现。

连接器的结构可以同时传输电源和数据线，以达到整个数据链路的连通。FPGA逻辑系统与外围电路的连通方式主要通过集成的连接器(板间连接器)实现。连接的通道主要分为两类：子卡和电缆。子卡/电缆的公头连接器和FPGA主板的母头连接器紧密结合，实现电路上的连通及功能上的交互。

子卡是FPGA系统的外围扩展电路板，尺寸小巧。子卡提供了各种协议支持(如PCIe,DDR4,MIPI等)、存储介质及外部设备和FPGA板之间的数据通路。通常，子卡是通过连接器和FPGA系统进行连接的。

PCM全称为Power and Control Module(电源监控模块)，在一套完整的FPGA系统当中，PCM一般处于中间层的位置；起到连接FPGA板和电源的作用。同时PCM板上通常还有一定的外部接口如USB，以太网，全局复位按钮等；以实现FPGA系统和外部设备的互联功能。

目前，在FPGA原型验证系统中有一颗包含ARM模块的SOC芯片(一般为Xilinx的Zynq或是Intel公司的Cyclone芯片)，可以运行片上的Linux操作系统，相当于一个小型的CPU；可以用作整个系统的控制作用。

以思尔芯公司的VU系列逻辑系统(市售可得)为例，在其PCM板上面就安装了一颗SOC控制芯片，起到了控制整套系统上下电、实时监测硬件环境等作用，好比人的大脑一样。SOC芯片在一个芯片里就实现了存储、处理、逻辑和接口等各个功能模块，而不是像板上系统那样，需要用几个不同的物理芯片来实现。与板上系统相比，SoC的解决方案成本更低，能在不同的系统单元之间实现更快更安全的数据传输，具有更高的整体系统速度、更低的功耗、更小的物理尺寸和更好的可靠性。

目前就图1的FPGA系统本身而言，尚不具备支持热插拔性能。在上电的情况下，由于误操作或不明情况下的热插拔，极易损坏FPGA的IO管脚；且从电气特性看，这类损坏是不可逆转，即无法进行修复的；当损坏的管脚达到一定规模时，则FPGA系统的调试IO接口将大大减少；对于需要大量调试IO的设计来说，工作将受到极大的影响。目前来说，修复的方式只能是更换FPGA主芯片。因为中高端的FPGA芯片成本十分昂贵，动辄每颗几万甚至几十万人民币；所以这样的方法，将带来十分昂贵的修复成本。

如图2所示，示出了本发明的FPGA系统元件分布结构图：

本发明描述的子卡热拔除干预告警方法，将以SOC芯片为主控，其外围再连接部分元器件如FLASH芯片、指纹识别芯片、电容感应按钮、LED发光管和Beep蜂鸣器等系统。

从电路板的分层来看，SOC主控制芯片和Flash存储芯片安装在PCM板上，它们通过SPI4的总线相连接；报警蜂鸣器和LED报警灯安装在FPGA板上；红外检测和指纹识别模块安装在子卡上。指纹识别模块、红外检测器通过PCB走线与SOC的中断输入引脚连接，同时SOC也有输出引脚来驱动LED报警灯和报警蜂鸣器。

如图3所示，为本发明的FPGA系统控制流程图。

做到对热拔除的干预及告警，首先要考虑拔除事件发生的预置条件，这点比较容易理解，在整个FPGA系统上电的情况下，预置条件即成立。若在下电的状态下进行拔插，则为冷拔插，不存在本案中涉及的危害性。其次要考虑具体的干预及告警的方法和手段。其中又可分为输入条件和输出结果。

本发明的具体实施方式中，将主要涉及2种输入条件和3种输出结果：

输入条件1：通过一个红外检测器来识别手部或其他物体相对于子卡的靠近；这种条件的有效性不局限于手或其他物体对于子卡的直接接触。只要是经过了红外检测器的上方比较靠近的一段距离，输入条件1即成立。

输入条件1触发的直接结果：红外检测器发出一个通知使能到达控制SOC的中断输入管脚。

输入条件2：通过电容性的指纹识别模块来识别手指对子卡的触碰；指纹识别模块可以在子卡的正反面分散设置一至多个，且部署于常见拿取子卡操作时，手指容易触碰的区域；一旦其中一个识别器识别成功，则输入条件2成立。输入条件2触发的直接结果：指纹识别模块发出一个通知使能到达控制SOC的中断输入管脚。

输出结果1：LED灯报警；LED灯选用醒目的红色，表示警告。

输出结果2：蜂鸣器持续发出报警蜂鸣。

输出结果3：蜂鸣器报警的时间记录在PCM的Flash芯片中，供后续查阅。

那么，将上述所有的输入/输出条件关联起来，得到整体的控制流程如下(参考上述流程图)

整个FPGA系统开机、上电；

FPGA系统启动完毕，控制SOC芯片进入轮询工作模式；根据日常操作的频率，轮询的周期可以设置为1到数秒不等。当周期时刻到达时，控制SOC会立即检测输入条件1和输入条件2是否成立，即有相应的通知使能到达控制SOC芯片对应的中断输入管脚；

若输入条件1和输入条件2皆不成立，则控制SOC不进行任何动作，进入下一个轮询工作周期；

若输入条件1或2有其一出现，则控制SOC会判断输入使能的种类；若为输入条件1，则立刻执行输出结果1；若为输入条件2，则立刻执行输出结果2；

若输入条件1和2同时发生，则控制SOC具备多线程处理能力，同时执行输出结果1和2。

在一个轮询周期结束后，则重复第2步中描述的轮询工作；

上述描述的工作过程一直有效，直到整个FPGA系统下电；此时再进行子卡的拔除动作，已经变成了冷拔除，对FPGA系统而言，将不会产生损害。

之后，通过电脑上面的软件工具可以读出记录在Flash中的历史报警信息，一旦子卡或FPGA主板出现有损坏的情况，历史记录将对其损坏原因分析起到极大的参考价值。

综上所述，如图2和3所示的本发明的具体实施方式获得了如下效果：

(1)能够对于子卡的热拔除进行干预及告警；

(2)FPGA系统中的控制SOC占有整个控制过程的中枢地位，且控制效果可靠；

(3)创新性地在子卡上设置红外感应模块及指纹感应单元为。

(4)通过电脑读取历史告警信息，以利于分析用户操作行为。

(5)本发明的FPGA系统既适用于高速通道IO，也适用于低速通道IO。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种FPGA原型验证系统外围扩展设备的热拔除处理系统，其特征在于，所述热拔除处理系统包括感应模块和监控模块，所述感应模块与所述FPGA原型验证系统电连接，所述监控模块设置于所述FPGA原型验证系统内；

所述感应模块被配置为：

按预设的感应策略，对靠近所述FPGA原型验证系统的外部物体进行感应，并当所述外部物体与所述外围扩展设备的距离小于等于预设距离阈值时，生成感应信号，并将所述感应信号向所述FPGA原型验证系统发送，其中所述外围扩展设备为所述FPGA原型验证系统在进行FPGA原型验证时使用的外围扩展设备；

所述监控模块被配置为：

按预设的判断策略，采用轮询工作模式判断是否接收到所述感应模块发送的感应信号，并在判断出接收到所述感应信号时，输出提示信息，以通过所述提示信息提示所述外部物体将对所述外围扩展设备进行热拔除操作；

所述FPGA原型验证系统包括FPGA主板单元和电源控制单元，所述外围扩展设备与所述FPGA主板单元电连接，所述外围扩展设备包括子卡；

所述感应模块设置在所述外围扩展设备上；

所述监控模块设置于所述电源控制单元内；所述电源控制单元包括片上系统；所述监控模块设置于所述片上系统内。

2.如权利要求1所述的热拔除处理系统，其特征在于，所述感应模块与所述FPGA原型验证系统电连接包括：所述感应模块通过所述外围扩展设备与所述FPGA原型验证系统之间进行电连接。

3.如权利要求1所述的热拔除处理系统，其特征在于，所述感应模块包括以下至少一种模块：红外感应模块、指纹识别模块。

4.如权利要求1-3任一项所述的热拔除处理系统，所述FPGA原型验证系统包括FPGA主板单元和电源控制单元，其特征在于，当所述感应模块包括指纹识别模块时，所述指纹识别模块包括电容性感应按钮，所述电容性感应按钮设置于所述外围扩展设备上。

5.如权利要求4所述的热拔除处理系统，其特征在于，所述轮询的周期为0.5-10秒。

6.如权利要求5所述的热拔除处理系统，其特征在于，所述FPGA原型验证系统还包括存储单元，所述存储单元用于记录所述感应信号和/或所述提示信息。

7.一种含有如权利要求1～6任意一项所述的热拔除处理系统的FPGA原型验证系统。

8.一种FPGA原型验证系统外围扩展设备的热拔除处理方法，其特征在于，所述热拔除处理方法包括：

按预设的感应策略，通过感应模块对靠近所述FPGA原型验证系统的外部物体进行感应，并当所述外部物体与所述外围扩展设备的距离小于等于预设距离阈值时，生成感应信号，并将所述感应信号向所述FPGA原型验证系统发送，其中所述外围扩展设备为所述FPGA原型验证系统在进行FPGA原型验证时使用的外围扩展设备；

按预设的判断策略，判断是否接收到所述感应模块发送的感应信号，并在判断出接收到所述感应信号时，输出提示信息，以通过所述提示信息提示所述外部物体将对所述外围扩展设备进行热拔除操作。

9.如权利要求8所述的热拔除处理方法，其特征在于，所述感应策略包括第一感应策略和第二感应策略，所述提示信息包括第一提示信息和第二提示信息，其中第一感应策略包括采用红外感应器进行感应识别的策略，第二感应策略包括采用指纹识别器进行感应识别的策略，所述第一提示信息包括采用LED灯进行提示的信息，所述第二提示信息包括采用蜂鸣器进行提示的信息；

按预设的感应策略，对靠近所述FPGA原型验证系统的外部物体进行感应包括：

按第一感应策略，通过红外感应器对靠近所述FPGA原型验证系统的手部进行感应识别，以及按第二感应策略，通过指纹识别器对接触所述外部扩展设备的手部进行识别；

判断是否接收到所述感应模块发送的感应信号，并在判断出接收到所述感应信号时，输出提示信息，包括：

若判断出接收到所述红外感应器发送的感应信号，则通过LED灯输出所述第一提示信息；

若判断出接收到所述指纹识别器发送的感应信号，则通过蜂鸣器输出所述第二提示信息；

若判断出未接收到所述感应模块发送的感应信号，则进入下一个判断周期。

10.如权利要求8所述的热拔除处理方法，其特征在于，所述热拔除处理方法还包括：对所述输出提示信息的发生时间进行记录。

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