一种基于FPGA的嵌入式设备的在线配置方法及系统技术方案

本发明专利技术提出的基于FPGA的嵌入式设备的在线配置方法及系统适应性强，上位机可以使用计算机、机顶盒等设备，支持Window、Linux、Andriod等多种操作系统；实现快速便捷，不需要开发上位机上的驱动和控制程序；支持多个串联在一起的嵌入式设备进行固件的更新，且每个设备可以更新成不同版本的程序；所有嵌入式设备在线动态更新固件，不影响正在进行的工作；可以实现远程固件更新，不需要技术人员到达现场；可通过编写脚本的方式控制远程固件更新过程，进一步提高效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的嵌入式设备的在线配置方法及系统
本专利技术涉及软件领域，特别涉及一种基于FPGA的嵌入式设备的在线配置方法及系统。
技术介绍
FPGA(Field－ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现；相比于PC或单片机(无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构)的顺序操作有很大区别，也造成了FPGA开发入门较难。目前国内有专业的FPGA外协开发厂家，如[北京中科鼎桥ZKDQ-TECH]等。FPGA开发需要从顶层设计、模块分层、逻辑实现、软硬件调试等多方面着手。FPGA具有逻辑可编程的特点，具有丰富的接口和大量的逻辑单元，大量的使用于灵活度要求高、缺少专用ASIC芯片的嵌入式设备中。但是由于FPGA技术专业性强，固件更新维护需要专业人员现场操作，为设备的升级和维护带来了不便。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种基于FPGA的嵌入式设备的在线配置方法及系统。第一方面，本专利技术提供一种嵌入式设备的在线配置系统，所述系统包括：上位机；与所述上位机通信连接的至少一个嵌入式设备，所述嵌入式设备包括微控制器，与所述微控制器通信连接的一个现场可编程门阵列FPGA，与所述微控制器数据连接的存储芯片；在非更新模式下，所述微控制器上电工作，载入FATFS文件系统，并在所述存储芯片中的指定目录中查找是否存在指定固件文件，若有，则读取所述指定固件文件并把所述指定固件文件的内容写入到FPGA中；在更新模式下，系统上电后，与所述上位机直接连接的所述嵌入式设备中的微控制器在所述上位机的控制下，对所述至少一个嵌入式设备进行扫描，并建立目录结构。在一些实施例中，所述指定目录包括目录firmware、目录program或目录bin，所述指定固件文件包括文件code.bit、文件program.bit或文件firmware.bit；进一步优选地，所述指定目录为目录firmware，所述指定固件文件为文件code.bit。在一些实施例中，所述微控制器包括STM32F103控制芯片、STM32F767控制芯片或其它具有USB控制器的微控制器，所述存储芯片包括W25Q512FV存储芯片、W25Q64存储芯片或其他可通过微控制器读写的Flash存储芯片；进一步优选地，所述微控制器为STM32F103控制芯片，所述存储芯片为W25Q512FV存储芯片。具体地，所述微控制器包括USB接口，所述微控制器通过与所述USB接口以MassUSBStorage方式连接到所述上位机。具体地，所述至少一个嵌入式设备包括两个或两个以上的嵌入式设备时，至少被定义为第一嵌入式设备及第二嵌入式设备，所述第一嵌入式设备与所述上位机连接，所述第二嵌入式设备串连在所述第一嵌入式设备上。具体地，所述第一嵌入式设备设有第一USB接口、用于接收的第一CAN接口和用于输出的第二CAN接口，所述第二嵌入式设备设有第二USB接口、用于接收的第三CAN接口和用于输出的第四CAN接口，所述第一USB接口与所述上位机连接，所述第二CAN接口与所述第三CAN接口连接以使得所述第一嵌入式设备和所述第二嵌入式设备串联。第二方面，本专利技术提供一种基于FPGA的嵌入式设备的在线配置方法，应用于上述的嵌入式设备的在线配置系统，所述方法包括：在更新模式下，连接上位机的第一个嵌入式设备中的微控制器在所述上位机的控制下，对串联设备进行扫描，并建立目录结构，所述串联设备为至少一个嵌入式设备；在存储芯片的根目录下建立对设备数量对应个目录，向上位机反馈总线扫描已经结束；所述上位机接收到扫描结束的反馈后向所述存储芯片的根目录下的所述对应个目录进行固件程序的写入，待所有固件程序写入完成之后通知嵌入式设备将所述固件程序写入FPGA；与所述上位机连接的第一个嵌入式设备在符合预置条件时将所述对应个目录中固件程序分别发送给相应的嵌入式设备；所述相应的嵌入式设备将接收到所述固件程序替换原有文件以完成固件注入任务；第一个嵌入式设备在所述存储芯片到达预设条件时，向所有串联设备发送固件重新载入命令，载入所需文件到所述FPGA以完成固件的更新。具体地，所述在存储芯片的根目录下建立对设备数量对应个目录，向上位机反馈总线扫描已经结束，包括：在所述存储芯片的根目录下建立device目录，在device目录下建立设备数量个目录，目录名从0开始，删除scanStart文件，向所述上位机表示总线扫描已经结束；所述上位机接收到扫描结束的反馈后向所述存储芯片的根目录下的所述对应个目录进行固件程序的写入，待所有固件程序写入完成之后通知嵌入式设备将所述固件程序写入FPGA，包括：所述上位机在发现所述scanStart文件已经被删除后，向所述存储芯片的device目录下的从0开始命名的各子目录内写入要注入的固件程序，所述固件程序名为code.bit，所有固件程序写入完成后，在所述存储芯片中建立programStart文件，通知嵌入式设备开始写入程序到FPGA；所述与所述上位机连接的第一个嵌入式设备在符合预置条件时将所述对应个目录中固件程序分别发送给相应的嵌入式设备，包括：第一个嵌入式设备在所述存储芯片中发现所述programStart文件后，将device目录下的每一个子目录下的固件发送给相应的串联设备，并把子目录0下的固件复制到firmware目录下，当所有操作都完成后，删除programStart文件；所述相应的嵌入式设备将接收到所述固件程序替换原有文件以完成固件注入任务，包括：其它嵌入式设备在接收到固件程序后直接把固件存储到firmware目录下，替换原有文件，所述上位机在发现所述programStart文件已经被删除后，再次建立programEnd文件，并完成固件注入任务；所述第一个嵌入式设备在所述存储芯片到达预设条件时，向所有串联设备发送固件重新载入命令，载入所需文件到所述FPGA以完成固件的更新，包括：所述第一个嵌入式设备在所述存储芯片中发现所述programEnd文件后，向所有串联设备发送固件重新载入命令，然后删除programEnd文件，并从自身的firmware目录下的code.bit载入到FPGA完成固件的更新。具体地，所述方法还包括：非更新模式下，微控制器加电开始工作后，载入FATFS文件系统，并在所述存储芯片中查找是否在目录firmware下有文件code.bit，如果有，则表示存在配置文件，读取该文件并把该文件的内容写入到FPGA中。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：本专利技术提出的基于FPGA的嵌入式设备的在线配置方法及系统适应性强，上位机可以使用计算机、机顶盒等设备，支持Window、Linux、Andriod等多种操作系统；实现快速便捷，不需要开发上位机上的驱动和控制程序；支持多个串联在一起的嵌入式设备进行固件的更新，且每个设备可以更新成不同版本的程序；所有嵌入式设备在线动态更新固件，不影响正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入式设备的在线配置系统，其特征在于，所述在线配置系统包括：上位机；与所述上位机通信连接的至少一个嵌入式设备，所述嵌入式设备包括微控制器，与所述微控制器通信连接的一个现场可编程门阵列FPGA，与所述微控制器数据连接的存储芯片；在非更新模式下，所述微控制器上电工作，载入FATFS文件系统，并在所述存储芯片中的指定目录中查找是否存在指定固件文件，若有，则读取所述指定固件文件并把所述指定固件文件的内容写入到FPGA中；在更新模式下，系统上电后，与所述上位机直接连接的所述嵌入式设备中的微控制器在所述上位机的控制下，对所述至少一个嵌入式设备进行扫描，并建立目录结构。

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式设备的在线配置系统，其特征在于，所述在线配置系统包括：上位机；与所述上位机通信连接的至少一个嵌入式设备，所述嵌入式设备包括微控制器，与所述微控制器通信连接的一个现场可编程门阵列FPGA，与所述微控制器数据连接的存储芯片；在非更新模式下，所述微控制器上电工作，载入FATFS文件系统，并在所述存储芯片中的指定目录中查找是否存在指定固件文件，若有，则读取所述指定固件文件并把所述指定固件文件的内容写入到FPGA中；在更新模式下，系统上电后，与所述上位机直接连接的所述嵌入式设备中的微控制器在所述上位机的控制下，对所述至少一个嵌入式设备进行扫描，并建立目录结构。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述指定目录包括目录firmware、目录program或目录bin，所述指定固件文件包括文件code.bit、文件program.bit或文件firmware.bit。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微控制器包括STM32F103控制芯片或STM32F767控制芯片，所述存储芯片包括W25Q512FV存储芯片、W25Q64存储芯片或其他可通过微控制器读写的Flash存储芯片。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微控制器包括USB接口，所述微控制器通过与所述USB接口以MassUSBStorage方式连接到所述上位机。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个嵌入式设备包括两个或两个以上的嵌入式设备时，至少被定义为第一嵌入式设备及第二嵌入式设备，所述第一嵌入式设备与所述上位机连接，所述第二嵌入式设备串连在所述第一嵌入式设备上。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一嵌入式设备设有第一USB接口、用于接收的第一CAN接口和用于输出的第二CAN接口，所述第二嵌入式设备设有第二USB接口、用于接收的第三CAN接口和用于输出的第四CAN接口，所述第一USB接口与所述上位机连接，所述第二CAN接口与所述第三CAN接口连接以使得所述第一嵌入式设备和所述第二嵌入式设备串联。7.一种基于FPGA的嵌入式设备的在线配置方法，应用于如权利要求1至6中任一项所述的嵌入式设备的在线配置系统，其特征在于，所述方法包括：在更新模式下，连接上位机的第一个嵌入式设备中的微控制器在所述上位机的控制下，对串联设备进行扫描，并建立目录结构，所述串联设备为至少一个嵌入式设备；在存储芯片的根目录下建立对设备数量对应个目录，向上位机反馈总线扫描已经结束；所述上位机接收到扫描结束的反馈后向所述存储芯片的根目录下的所述对应个目录进行固件程序的写入，待所有固件程序写入完成之后通知嵌入式设备将所述固件程序写入FPGA；与所述上位机连接的第一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶宏江，武奕楠，徐冬冬，张柯，金龙旭，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22