CN1752930A - 芯片程序加载方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子领域，公开了一种芯片程序加载方法，避免了由于对不需要加载的芯片进行重复加载而延长系统初始化所需的时间，能够使系统升级更加可靠和方便。本发明的原理在于，通过能够直接从程序文件自身得到的唯一标识，对当前程序和目标程序进行比较，对于当前程序和目标程序一致的情况，不再对芯片进行重复加载。对于不一致的，才进行程序加载。

Description

芯片程序加载方法

技术领域

本发明涉及电子领域，特别涉及可编程芯片的程序加载技术。

背景技术

微电子技术经过50多年的发展，目前进入一个很关键的时期，工艺尺寸越来越小，集成度越来越高，与其它学科结合越来越紧密。而逻辑器件领域是微电子技术的一个重要发展分支，目前此领域内发展最快的是可编程芯片。可编程芯片(Programmable Chip)泛指各种在使用前需要进行程序加载的电子芯片，在现代电子产品中大量使用，包括但不限于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称“FPGA”)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称“DSP”)、可擦可编程逻辑器件(Erasable ProgrammableLogic Device，简称“EPLD”)等逻辑器件。

可编程芯片研制周期较短，直接的开发费用较低，也没有限定最少订购数量，随着门电路成本的降低和器件中门电路数量的增加，可编程芯片正大举打入传统的门阵列领域，但是各家公司都在利用可编程芯片的灵活性把自己的产品设计得不同于竞争对手的产品，同样，半导体厂商已经开发出独特的EPLD和FPGA等，以便在性能、功耗、集成度和成本等方面达到特定的目标。这样的做法导致这类可编程芯片在功能领域和复杂度上存在明显差异。

但不管此类可编程芯片有多么大的差异，都具有一个共同点，即按照前述定义中描述的，使用前需要为其加载程序。可编程芯片的程序加载过程通常是在中央处理器(Central Processing Unit，简称“CPU”)上电或复位完成后进行，并由CPU控制整个加载过程。以FPGA为例，整个可编程芯片的设计过程是这样的：首先芯片设计师采用硬件描述语言(Hardware DescriptionLanguage，简称“HDL”)以类似于编程的方式描绘出硬件的结构和硬件行为；然后用设计工具将这些描述综合映射成与半导体工艺有关的硬件工艺文件，这些描述和软件领域中的程序非常类似，可编程芯片则是这些硬件工艺文件的载体；最后通过特殊的写入工具将硬件工艺文件加载到可编程芯片上，使之具有相应的功能。

由此可见，程序加载是整个可编程芯片设计过程最后一步，十分重要。虽然各种可编程芯片的程序加载技术和加载过程都不尽相同，但都应该满足可靠、快速、稳定的要求，此外还必须充分考虑到芯片使用寿命和系统升级过程。

常用的加载技术包括下面两种。

第一种是目前最常见的加载技术：简单加载法。这种方法多用于FPGA、DSP等可多次反复加载的可编程芯片。具体的实现方法是CPU在需要加载的时刻，即上电或复位完成后，直接对可编程芯片进行强制加载，将编制好的程序烧录入其中，使之具有特定的功能。这种方法简单有效，容易实现，也可以充分满足系统升级的要求。

第二种方法是版本检查加载法，适用于EPLD等自带非易失性存储器的可编程芯片。具体的实现方法是CPU在加载前先对可编程芯片进行版本检测，即检查其自带非易失性存储器上存储的程序和待加载的程序版本是否一致，如果检测结果和待加载的程序版本一致，则不进行加载操作。这种方法可以减少无效重复加载的次数。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：对于第一种方案，由于无意义的重复加载次数多，消耗芯片的使用寿命，因此这种方案仅仅适用于可以多次反复加载的芯片，例如FPGA和DSP；另外，由于芯片加载需要耗费较长时间，因此这种强制加载的方式普遍地延长了系统初始化所需的时间，然而在很多情况下，尤其是系统带电复位后，不需要这种额外的加载。

对于第二种方案，由于这种方案需要在发布的芯片程序中附带一个不重复的版本号，因此系统升级不方便。具体的说，如果采用开发者预先设置的版本号，则由于一般开发计划只规划到大版本，导致内部小测试版本和不定版本采用相同版本号，升级到这些版本时不得不采用手工强制升级，造成系统升级不可靠和不方便；如果根据程序编译时间生成版本号，对于不采用“日构造”方法的公司，难以进行管理和实施。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种芯片程序加载方法，避免了由于对不需要加载的芯片进行重复加载而延长系统初始化所需的时间，能够使得系统升级更加可靠和方便。

为实现上述目的，本发明提供了一种芯片程序加载方法，包含以下步骤：

B根据通过程序文件直接导出的唯一标识，检测芯片当前程序和待加载的目标程序是否一致，如果一致，则执行步骤C，其中，所述唯一标识是程序文件的属性、或由该程序文件本身推导出的信息；

C为所述芯片加载所述目标程序。

其中，所述方法还包含以下步骤：

D对所述芯片初始化，并且当执行所述步骤C后，执行所述步骤D。

当所述步骤B中判定所述芯片的当前程序和待加载目标程序一致时，执行步骤D。

所述唯一标识是程序的数字摘要、数字签名、程序内容校验字段、程序大小、程序构造日期和时间中的任意一种或它们的任意组合。

所述芯片是现场可编程门阵列、或可擦编程逻辑器件、或数字信号处理器。

所述方法还包含以下步骤：

A中央处理器检测芯片功能是否正常，如果是，则执行步骤B，否则，执行步骤C。

所述步骤A中，如果所述芯片是现场可编程门阵列或可擦编程逻辑器件，通过对已知地址的检测寄存器进行读写操作完成芯片功能的检测，如果所述芯片是数字信号处理芯片，则通过通信链路进行数字信号处理器-中央处理器间的环回测试来完成芯片功能的检测。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，提出了通过能够直接得到的唯一标识对当前程序和目标程序进行比较的方式，其中唯一标识是程序文件本身的属性或能够从该程序文件本身直接导出的信息。通过上述唯一标识的比较，对于当前程序和目标程序一致的情况，不再对芯片进行重复加载。对于不一致的，才进行程序加载。

这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，避免了现有技术中强制加载方式导致的消耗芯片使用寿命的问题，并缩短了那些实际不需要加载的情况下系统初始化所需的时间。另外，这种技术方案仅根据程序文件本身，不依赖于人为设置的版本号，使得系统升级更为可靠和方便。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的芯片程序加载方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

总的来说，本发明的原理在于，通过程序本身的属性，或由该程序文件本身推导出来的信息，判断芯片当前程序和目标程序是否一致，在一致的情况下不进行重复加载。从而避免了系统初始化所需时间的无效延长，使系统升级更加方便，并且这种方式适用于除了能反复加载以外的其他芯片上。

下面结合图1，根据本发明的一个实施例详细展开，进一步来解释和说明本发明中提出的芯片程序加载方法的原理和工作流程。

首先在步骤200，由CPU执行预设的检测过程，对可编程芯片的功能进行检测，核查芯片是否能正常工作。如果芯片功能正常，则转入步骤210；如果芯片功能异常，则转入步骤220。

在本步骤中，对于DSP芯片，可以通过通信链路进行DSP和CPU之间的环回测试。具体地来说，CPU预设一个数据，并通过它与DSP间的通信链路向DSP发送一个测试数据。接着，DSP处理来自CPU的测试数据，并将处理结果再通过CPU和DSP间的通信链路返回给CPU。然后，CPU将来自DSP的处理结果与其预设的数据作比较。如果两者完全一致，则表示DSP能正常工作，DSP芯片功能正常；如果两者不完全一致，则表示DSP不能正常工作，DSP芯片功能异常。

另一方面，对于FPGA和EPLD，可以对已知地址的检测寄存器进行读写操作。具体地来说，CPU预设一个数据，通过地址总线和数据总线，将其写入到芯片的检测输入寄存器中。芯片内部的逻辑单元，将检测输入寄存器的内容经过特定规则的计算处理后，送到芯片的检测输出寄存器中。然后，CPU读取芯片的检测输出寄存器，将读出来的数据和先前写入到检测输入寄存器的测试数据相比较，如果它们符合所期望的计算规则，则表示检测寄存器能正常工作，该芯片功能正常；如果它们不符合所期望的计算规则，则表示检测寄存器不能正常工作，该芯片功能异常。

此后，进入步骤210，CPU检测芯片的当前运行程序是否和待加载的目标程序一致，如果一致，则进入步骤230，否则，进入步骤220。

需要说明的是，在本发明中，CPU根据通过芯片的程序文件本身直接获得或导出的唯一标识，检测芯片的当前程序和待加载的目标程序是否一致。换句话说，CPU从芯片获取当前运行程序的唯一标识，从待加载的目标程序中也获取唯一标识，比较这两个唯一标识。如果完全一致，则说明芯片当前运行程序与待加载的目标程序完全一样；如果这两个唯一标识不完全一致，则就说明芯片当前运行程序与待加载的目标程序不一致。

上述唯一标识的独特之处在于，是通过程序文件直接获得或导出的，不需要人为地预先设置。在本发明的第一个实施例中，唯一标识可以是数字摘要，该数字摘要可以是对程序内容使用某种摘要算法计算得到，不同的程序其内容不会完全一致，则使用同一种摘要算法分别对其内容计算得到的数字摘要一般不会相同；在本发明的第二个实施例中，唯一标识也可以是数字签名，该数字签名是对程序内容使用已知的公共密钥和签名算法计算得到，不同的程序内容，其计算得到的数字签名一般不会相同；在本发明的第三个实施例中，唯一标识也可以是利用程序内容校验字段，可以是对程序内容进行校验算法而得到的校验字段，比如循环冗余校验码(Cyclic RedundancyCheck，简称“CRC”)，不同程序其内容不完全一致，则使用CRC校验算法而得到的校验字段一般不会相同；在本发明的第四实施例中，唯一标识还可以是程序的大小，通常两个不同的程序，其大小也是不同的；在本发明的第五实施例中，唯一标识还可以是程序构造日期和时间，通常两个不同的程序其构造日期一般不相同，如果构造日期相同，则其构造时间不会相同。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，唯一标识也可以是上述若干种方法的组合，这样不同程序的区分准确率比单使用一种技术更高。值得一提的是，现在的多数文件格式已经包含了校验字段、数字摘要或者数字签名，系统不需要进行额外的运算，只要利用文件系统提供的一些标准操作就很容易的读取到文件的校验字段、数字摘要或者数字签名，从而得到目标程序的唯一标识；或者系统根据标准算法和公共密钥，对程序内容进行计算后，便可得到目标程序的唯一标识。此外，系统生成一个文件后，系统就会自动的为文件设置好属性选项，并在文件属性选项中记录好文件所占存储空间的字节数即文件的大小和文件生成的时间，这样利用文件系统读取文件的属性选项就很容易的获取文件的大小和时间，从而得到目标程序的唯一标识。因此，从待加载的目标程序文件获取唯一标识一般是相当容易的，不需要系统进行专门的运算或者设计。

由此可见，本发明并不限制唯一标识的具体实现技术，只要是从程序本身直接获得或导出，并能正确区分两个不同程序的唯一标识的实现技术，均属于本发明所支持的唯一标识实现技术的范畴内。

在步骤220中，由于前面步骤中CPU检测出芯片功能异常，或者CPU检测出芯片当前运行程序和待加载的目标程序不一致，因此本步骤中CPU为该芯片强制加载目标程序。

熟悉本领域的技术人员能够理解，对于不同的芯片，其具体的目标程序加载过程不尽相同。例如，对于FPGA芯片，目标程序数据以固定的数据帧格式传送，一帧接一帧的传送。其数据帧的长度随着器件型号的不同而有较大差异。加载开始后，芯片内置的计数器便从0开始对传送到芯片内部的数据作加法计数，当计数的值与目标程序的大小相同时，则表示目标程序加载结束。目标程序在加载的过程当中，FPGA自动检查加载的目标程序数据，一旦发现错误，就立即中断目标程序的加载，并输出出错标志给CPU，告诉CPU加载过程已终止，CPU需要重新启动加载过程。

在步骤230中，CPU重新初始化芯片。本步骤用于执行必要的初始化操作，而且复位芯片的执行时间远少于加载程序的时间。

需要说明的是，本步骤是可选的，重新初始化芯片的操作，如复位芯片，可根据实际情况而定。并且对于不同类型的芯片其初始化过程一般不尽相同。例如，对于FPGA芯片，CPU首先触发芯片内部的加电/复位电路，接着FPGA清除片内的可配置存储器，并通过检测引脚的电平来判断芯片的工作方式。芯片初始化时需要将输出引脚置成高阻状态，一般FPGA芯片内置有延时电路，使得芯片有足够的时间完成初始化操作。需要说明的是，在芯片目标程序加载过程中，如果施加有效的芯片复位信号，则芯片目标程序将被中断，使芯片重新初始化，并重新加载芯片目标程序。在芯片进入正常工作状态后，如果外界强制施加有效复位信号，则芯片也会重新初始化。

虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种芯片程序加载方法，其特征在于，包含以下步骤：

B根据程序文件的唯一标识检测芯片当前程序和待加载的目标程序是否一致，如果一致，则执行步骤C，其中，所述唯一标识是程序文件本身的属性、或由该程序文件本身推导出的信息；

C为所述芯片加载所述目标程序。

2.根据权利要求1所述的芯片程序加载方法，其特征在于，所述方法还包含以下步骤：

D对所述芯片初始化，并且当执行所述步骤C后，执行所述步骤D。

3.根据权利要求2所述的芯片程序加载方法，其特征在于，当所述步骤B中判定所述芯片的当前程序和待加载目标程序一致时，执行步骤D。

4.根据权利要求1或3所述的芯片程序加载方法，其特征在于，所述唯一标识是程序的数字摘要、数字签名、程序内容校验字段、程序大小、程序构造日期和时间中的任意一种或它们的任意组合。

5.根据权利要求4所述的芯片程序加载方法，其特征在于，所述芯片是现场可编程门阵列、或可擦编程逻辑器件、或数字信号处理器。

6.根据权利要求5所述的芯片程序加载方法，其特征在于，所述方法还包含以下步骤：

A中央处理器检测芯片功能是否正常，如果是，则执行步骤B，否则，执行步骤C。

7.根据权利要求6所述的芯片程序加载方法，其特征在于，所述步骤A中，如果所述芯片是现场可编程门阵列或可擦编程逻辑器件，通过对已知地址的检测寄存器进行读写操作完成芯片功能的检测。

8.根据权利要求6所述的芯片程序加载方法，其特征在于，所述步骤A中，如果所述芯片是数字信号处理器，则通过通信链路进行数字信号处理器-中央处理器间的环回测试来完成芯片功能的检测。