一种基于FPGA的掉电保护系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于FPGA的掉电保护系统及方法，包括掉电检测模块、电源模块、CPU最小系统、FPGA处理模块，复位控制模块。电源模块的分别对其他四个部分进行供电；掉电检测模块用于检测是否掉电，并输出监控信号；FPGA处理模块与掉电检测模块相连，用于检测掉电检测模块输出的监控信号；CPU最小系统与FPGA处理模块相连，接收来自FPGA处理模块的掉电告警信号，并输出复位控制信号；复位控制模块与CPU最小系统相连，用于对其进行复位。本发明专利技术克服了使用备用电池体积大，成本高，寿命短，可靠性差等缺点，利用系统本身自有资源，提供了一种在系统突然掉电情况下，及时备份和保护系统数据及程序的方法。具有体积小，成本低，实现容易，可靠性高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的掉电保护系统及方法
本专利技术涉及通信电子
，尤其是涉及一种基于FPGA的掉电保护系统及方法。
技术介绍
随着通信及电子技术的发展，对设备的可靠性能提出了越来越高的要求，在各种突发情况下设备能够保护系统，之后正常启动及运行成为衡量可靠性必不可少的标准之一。在设备突然掉电的过程中，由于系统的各个部分处于不可控的电平状态，程序文件及数据就可能被破坏，影响系统正常运行。因此，在可靠性要求高的设备中，必须提供掉电保护电路。目前，有几种掉电保护的方法：一种可以为设备提供备用电源，保证在主电源出现故障或者掉电的情况下，备用电源可以工作为设备进行供电；也有通过备用电池配合充放电电路或电源管理芯片，在系统电源掉电后，利用备用电池为设备供电，保证设备在一段时间内部分功能工作正常。上面的几种方法均能够保证设备在掉电后正常运行或部分正常运行，但也实际应用中也存在一些问题：1．使用备份电源，需要衡量设备功耗，成本，体积等诸多方面要求，尤其在目前成本要求越来越高的情况下，备份电源只有在特殊要求下才会使用。2.使用电池，配合充放电电路或电源管理芯片，为节省成本和平衡设备掉电后的功能需求，使用电池成为很多情况下不错的选择。但电池电池在PCB布局时会占用较大面积，即使对设备体积要求不是很高的情况，也存在寿命短，可靠性较差，成本高等缺点，况且充放电电路大多比较复杂，增加电源管理芯片又成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服传统方法存在的缺陷，利用设备现有资源，在不增加成本的情况下，提供了一种简单快速的方法，能够在掉电瞬间，检测出掉电信号，并控制复位控制模块，对设备的CPU最小系统进行复位，以保护系统程序文件及数据，保证之后的系统正常启动和运行。本专利技术提供一种基于FPGA的掉电保护系统，包括掉电检测模块、电源模块、CPU最小系统、FPGA处理模块、复位控制模块；电源模块的输入端与掉电检测模块的输入端相连；电源模块的输出端分别与掉电检测模块、FPGA处理模块、CPU最小系统及复位控制模块相连，对其进行供电；掉电检测模块与电源模块相连接，用于检测是否掉电，并输出监控信号；FPGA处理模块的输入端与掉电检测模块的输出端相连，用于检测掉电检测模块输出的监控信号；CPU最小系统的输入端与FPGA处理模块的输出端相连，接收来自FPGA处理模块的掉电告警信号，并输出复位控制信号；复位控制模块与CPU最小系统相连，用于对其进行复位。进一步，所述掉电检测模块包括连接在一起的稳压管D1和光耦H1。进一步，所述掉电检测模块的电源输入经过分压电阻R1和R2与稳压管D1一端相连。进一步，所述稳压管D1另一端与光耦H1之间，是由R3和R4组成的电流通路。进一步，所述光耦H1的输出端连接有上拉电阻R5，并输出掉电检测信号。进一步，所述FPGA处理模块包括接收I/O，发送I/O，Ir接口模块，接收I/O分别与发送I/O，Ir接口模块连接；接收I/O用于接收掉电检测模块输出的掉电信号；发送I/O用于将掉电信号转发给CPU最小系统；此外，FPGA还需要通过Ir接口，将掉电信号上报给主设备，产生告警信号。进一步，所述CPU最小系统主要包括连接在一起的CPU处理模块，FLASH程序存储模块。进一步，所述CPU处理模块用于接收来自FPGA处理模块的掉电信号，并和FLASH程序存储模块一起接收来自复位控制模块的复位信号；进一步，所述的复位控制模块包括系统监控芯片，用于接收来自CPU处理模块的控制信号，同时产生复位信号，将CPU最小系统复位。进一步，所述电源模块包括依次连接的DC-DC转换芯片、储能电感L1、储能电容C1。此外，本专利技术还提供一种掉电保护方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、掉电检测模块输出电压的波动，若电压波动到达阈值，则引起检测模块电压输出变化；步骤2、FPGA处理模块通过I/O接口检测电平，并进行判断，若为高电平，说明是掉电状态；判断为低电平，为正常状态；步骤3、CPU最小系统检测到FPGA处理模块输出的高电平，发送复位控制信号至复位控制模块；步骤4、复位控制模块在接收到控制信号后，立即启动，向CPU最小系统发出复位信号。具体过程为：电源模块的输入正常情况下，输出端经过储能电感L1及储能电容C1为FPGA处理模块，CPU最小系统，掉电检测电路及复位控制模块供电，保证其正常工作。掉电检测电路检测的掉电信号正常。当系统出现掉电情况，电源模块输入电压下降到一定阈值，经过掉电检测电路后，输出异常信号给FPGA处理模块，FPGA处理模块检测到异常信号，转发给CPU最小系统的CPU处理模块，CPU处理模块发出控制信号，控制复位控制模块，复位控制模块立即发出复位信号给CPU最小系统，将其中的CPU处理模块和FLASH程序存储模块等模块复位，以此来保护系统程序和数据，保证系统能够在电源输入恢复正常后，正常启动和运行。本专利技术的优点在于：克服了使用备用电池体积大，成本高，寿命短，可靠性差等缺点，利用系统本身自有资源，在不增加额外电路成本的情况下，提供了一种在系统突然掉电情况下，快速及时备份和保护系统数据及程序的方法。具有体积小，成本低，实现容易，可靠性高等优点。附图说明图1为本专利技术实施例的电路原理框图。图2为本专利技术实施例的电源模块，掉电检测电路框图。图3为本专利技术实施例的FPGA处理模块，CPU最小系统，复位控制模块框图。图4为本专利技术实施例的掉电保护方法流程图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。如图1~图3所示，本专利技术涉及一种基于FPGA的掉电保护系统，包括电源模块，由于给系统各部分供电及提供检测电压；掉电检测模块，用于检测是否掉电；FPGA处理模块，用于接收并转发掉电检测信号；CPU最小系统，用于接收掉电检测信号，并发出复位控制信号；复位控制模块，用于输出复位信号。电源模块的输入端连接设备的输入电源电压，即被检测电压，输出端连接有储能电感L1和储能电容C1，经过储能电感及电容后，输出电压连接后级链路，对其进行供电。由于设备的电源往往远高于FPGA，CPU等I/O工作及接口电压，需要将检测电压进行分压和处理。正常工作输入电压先经过电阻R1和R2组成的一级分压，再经过稳压管D1后，变成3.2V左右的直流电压，输入给具有隔离和开关功能的光电耦合器。光电耦合器有两部分组成，分别为发光二极管和具有开关功能的三极管。三极管的集电极连接上拉电阻到3.3V（Power）。R2与R3组成的电路在发光二极管处于断路状态时，提供电流通路。发光二极管的正极接稳压管D1输出，负极接分压电阻R3的一端。发光二极管还与R4相连，R3的另一端接地。电源电压正常时，发光二极管发光处于导通状态时，光电三极管处于导通状态，集电极为低电平，即掉电检测信号为低电平；电源电压下降，降到某一阈值，发光二极管不发光处于断路状态时，光电三极管处于截止状态，集电极为高电平，即掉电检测信号为高电平。FPGA处理模块通过I/O接口，接收掉的检测电压，判断是否掉电，一方面将状态信息，通过Ir接口，上报给上一级设备，同时，通过I/O接口，将状态信息传递给CPU最小系统的CPU处理模块。CPU处理模块接收到掉电状态，如为掉电状态，就发出复位控制信号，给复位控制电路。复位控制电路在接收到C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的掉电保护系统，其特征在于：包括掉电检测模块、电源模块、CPU最小系统、FPGA处理模块、复位控制模块；电源模块的输入端与掉电检测模块的输入端相连；电源模块的输出端分别与掉电检测模块、FPGA处理模块、CPU最小系统及复位控制模块相连，对其进行供电；掉电检测模块，与电源模块相连接，用于检测是否掉电，并输出监控信号；FPGA处理模块的输入端与掉电检测模块的输出端相连，用于检测掉电检测模块输出的监控信号；CPU最小系统的输入端与FPGA处理模块的输出端相连，接收来自FPGA处理模块的掉电告警信号，并输出复位控制信号；复位控制模块与CPU最小系统相连，用于对其进行复位。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的掉电保护系统，其特征在于：包括掉电检测模块、电源模块、CPU最小系统、FPGA处理模块和复位控制模块；电源模块的输入端与掉电检测模块的输入端相连；电源模块的输出端分别与掉电检测模块、FPGA处理模块、CPU最小系统及复位控制模块相连，对其进行供电；掉电检测模块，与电源模块相连接，用于检测是否掉电，并输出监控信号；FPGA处理模块的输入端与掉电检测模块的输出端相连，用于检测掉电检测模块输出的监控信号；CPU最小系统的输入端与FPGA处理模块的输出端相连，接收来自FPGA处理模块的掉电告警信号，并输出复位控制信号；复位控制模块与CPU最小系统相连，用于对其进行复位；所述掉电检测模块包括连接在一起的稳压管D1和光耦H1；所述稳压管D1的一端与与分压电阻R1和R2的中间处连接，另一端与光耦H1连接，并且稳压管D1与光耦H1之间是由电阻R3和R4组成的电流通路，电阻R3和R4串联，电阻R3一端与光耦H1和稳压管D1连接，另一端与光耦H1的另一端和电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接地；所述光耦H1的输出端连接有...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓静，游为华，张明利，周世军，杨浩，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北;42