一种基于ZYNQ的远程升级系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于ZYNQ的远程升级系统及其实现方法。系统包括由ARM处理器、FPGA BLOCK芯片和存储器组成的ZYNQ模块及n个FPGA芯片，ARM处理器通过内部总线与FPGA BLOCK芯片连接，ARM处理器与存储器连接，ZYNQ外设千兆网口，FPGA BLOCK芯片通过n条总线与n个FPGA芯片连接。本方法采用ZYNQ中的ARM处理器运行嵌入式Ubuntu系统，其文件系统下存储多个FPGA的二进制文件；采用ZYNQ可编程器件中的FPGA BLOCK实现外部FPGA配置所需的时序；采用ARM处理器连接的千兆以太网实现远程登录、控制，具有功能灵活、可扩展性强、开发简单、性能高等优点。

A remote upgrade system based on ZYNQ and its implementation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于ZYNQ的远程升级系统及其实现方法
本专利技术涉及广播通信技术，尤其是涉及一种基于ZYNQ的远程升级系统及其实现方法。具体是一种基于ZYNQ(XILINX发布的集成ARM处理器和FPGA模块的芯片)的远程升级多个FPGA的方案。
技术介绍
随着通信技术和服务需求的飞速发展，无论在军用还是民用无线通信领域，各个系统的兼容性、可升级性、自适应性问题突出。现场可编程门阵列（FPGA）可以通过配置程序灵活的改变其功能，在现在的通信设备中，FPGA的使用越来越广泛。并且随着信息的爆炸式喷发，对设备的处理能力和速度都有了更高的要求，有时候需要单板卡集成更多的处理芯片FPGA。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对远程升级多个FPGA所需的接口和存储空间的需求，提供一种基于ZYNQ的远程升级系统及其实现方法。本方法采用ZYNQ可编程器件中的ARM处理器运行嵌入式Ubuntu系统，其文件系统下存储多个FPGA的二进制文件；采用ZYNQ可编程器件中的FPGABLOCK（ZYNQ内部的现场可编程门阵列部分）实现外部FPGA配置所需的时序；采用并行执行特征的FPGABLOCK易于实现多片FPGA配置的并行实现；采用ARM处理器（ZYNQ内部的PS部分）连接的千兆以太网可以实现远程登录、控制。相对于别的方式配置FPGA具有功能灵活、可扩展性强、开发简单、性能高等优点。本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种基于ZYNQ的远程升级系统，其特征在于，包括由ARM处理器、FPGABLOCK芯片和存储器组成的ZYNQ模块以及待升级的n个FPGA芯片，ARM处理器通过内部总线与FPGABLOCK芯片连接，ARM处理器与存储器连接，ZYNQ模块外设千兆网口，通过千兆网口连接网线，FPGABLOCK芯片配置n条总线，通过n条总线分别与n个待升级的FPGA芯片连接。一种基于ZYNQ的远程升级系统的实现方法，其特征在于，有如下步骤：一、ZYNQ模块中的ARM处理器运行ubuntu操作系统，系统启动后，读取存储器中的各个FPGA芯片的配置文件，通过ZYNQ模块内部高速总线，将文件传输到ZYNQ模块的FPGABLOCK芯片；二、然后按照所需时序配置指定的FPGA；三、ARM处理器运行ubuntu操作系统，其外设千兆网口将配置文件通过网络存储到ZYNQ模块的存储器上；四、运行于ubuntu上的应用程序读取配置文件后，通过ZYNQ模块内部总线发送给FPGABLOCK芯片；五、FPGABLOCK芯片按照约定时序将配置文件烧写入FPGA_1~n；六、FPGA_1~n的烧写成功后，会改变config_done管脚状态，ARM处理器通过GPIO管脚检测config_done管脚电平，以此获得反馈，远程升级是否成功。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用ZYNQ可编程器件，多片FPGA升级所需要大量IO（输入、输出管脚）可以通过ZYNQ的FPGA部分灵活分配。多片FPGA升级所需要的大容量存储器，可以通过ZYNQ的文件系统存储器方便实现。尤其是大量配置文件数据从ZYNQ的ARM端传输到FPGA端，可以通过ZYNQ的内部高速总线进行传输，提高了数据传输效率，降低了系统复杂度，降低了系统成本。同时由于采用千兆网口，可以远程将数据导入到ZYNQ的Ubuntu系统中，然后通过内部高速总线传到ZYNQ的FPGABLOCK，充分利用FPGA的并行能力，将代码快速的烧写到FPGA_1~n中，特别是因为并行配置的方式，FPGA有限的数量增加并不会明显延长配置全部FPGA的时间。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。因为FPGA的配置文件是以文件的形式存储在ZYNQ的操作系统中的，FPGA完全可以存储不同方案的配置文件在系统上，只需要通过软件选择来确定升级哪种方案。采用上述进一步方案的有益效果是：由于存储空间的扩大和文件格式的便利，完全将远程升级变得软件化，极大的提升了远程升级的灵活性。附图说明图1为基于ZYNQ的远程升级系统的架构原理框图。具体实施方式如图1所示，本系统包括由ARM处理器、FPGABLOCK芯片和存储器组成的ZYNQ模块以及待升级的n个FPGA芯片，ARM处理器通过内部总线与FPGABLOCK芯片连接，ARM处理器与存储器连接，ZYNQ模块外设千兆网口，通过千兆网口连接网线，FPGABLOCK芯片配置n条总线，通过n条总线分别与n个待升级的FPGA芯片连接。本系统包括ZYNQ的ARM处理器、ZYNQ的FPGABLOCK，待升级的FPGA_1~n，ZYNQ的外设模块千兆网口和存储器。其中ZYNQ的ARM处理器对外扩展出千兆以太网，ZYNQ的ARM处理器和ZYNQ的内部FPGABLOCK通过片内高速总线连接，ZYNQ的FPGABLOCK与待升级的FPGA_1~n是通过FPGA升级的专用总线连接（ALTERA是FPP总线，XILINX是SlaveSelectMAP总线）。基于ZYNQ的远程升级系统的实现方法有如下步骤：一、ZYNQ模块中的ARM处理器运行ubuntu操作系统，系统启动后，读取存储器中的各个FPGA芯片的配置文件，通过ZYNQ模块内部高速总线，将文件传输到ZYNQ模块的FPGABLOCK芯片；二、然后按照所需时序配置指定的FPGA；三、ARM处理器运行ubuntu操作系统，其外设千兆网口将配置文件通过网络存储到ZYNQ模块的存储器上；四、运行于ubuntu上的应用程序读取配置文件后，通过ZYNQ模块内部总线发送给FPGABLOCK芯片；五、FPGABLOCK芯片按照约定时序将配置文件烧写入FPGA_1~n；六、FPGA_1~n的烧写成功后，会改变config_done管脚状态，ARM处理器通过GPIO管脚检测config_done管脚电平，以此获得反馈，远程升级是否成功。个人电脑通过网线连接系统，ZYNQ将千兆网的数据经过ARM处理器上的ubuntu系统存储到外设存储器上，ZYNQ可以将数据通过内部总线传到FPGABLOCK上，然后FPGABLOCK的I/O管脚接到FPGA的专用配置管脚上。以上实施过程在实际板卡上进行了验证，并取得成功。本专利技术采用ZYNQ可编程器件，利用ZYNQ的ARM处理器运行ubuntu的操作系统，方便对外进行网络通信和信息存储，然后通过内部高速总线与FPGABLOCK进行数据传输，极高的提升了数据传输效率，降低了系统的复杂度。通过采用了FPGABLOCK进行远程配置，方便IO扩展，时序逻辑控制和并行传输，极大的降低了系统难度和提升了配置速度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ZYNQ的远程升级系统，其特征在于，包括由ARM处理器、FPGA BLOCK芯片和存储器组成的ZYNQ模块以及待升级的n个FPGA芯片，ARM处理器通过内部总线与FPGA BLOCK芯片连接，ARM处理器与存储器连接，ZYNQ模块外设千兆网口，通过千兆网口连接网线，FPGA BLOCK芯片配置n条总线，通过n条总线分别与n个待升级的FPGA芯片连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于ZYNQ的远程升级系统，其特征在于，包括由ARM处理器、FPGABLOCK芯片和存储器组成的ZYNQ模块以及待升级的n个FPGA芯片，ARM处理器通过内部总线与FPGABLOCK芯片连接，ARM处理器与存储器连接，ZYNQ模块外设千兆网口，通过千兆网口连接网线，FPGABLOCK芯片配置n条总线，通过n条总线分别与n个待升级的FPGA芯片连接。2.一种如权利要求1所述的基于ZYNQ的远程升级系统的实现方法，其特征在于，有如下步骤：一、ZYNQ模块中的ARM处理器运行ubuntu操作系统，系统启动后，读取存储器中的各个FPGA芯片的配置文件，通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洋，陈伟峰，安涛，史泽东，
申请(专利权)人：天津光电通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12