一种FPGA多重远程配置系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种FPGA多重远程配置系统及方法，包括远程配置模块，用于接收上位机发来的bit流文件，并发送给FPGA主控模块；FPGA主控模块，用于将bit流文件写入存储器模块；存储器模块，用于存储多个bit流文件并将其写入不同地址，在重配置时FPGA主控模块从指定地址读出相应的bit流文件以实现配置；电源模块，用于为系统供电；时钟模块，用于为FPGA主控模块以及存储器模块提供相应的工作时钟；接口模块，用于在线配置FPGA主控模块，实现对存储器模块读写的控制。方法基于上述系统实现FPGA多重远程配置。本发明专利技术解决了传统SPI接口FLASH配置速度慢的问题，并通过多重配置方式实现了不同工作模式的需求，且大大减少了系统配置的时间，具有很强的实用性、通用性和可移植性。

A FPGA multi remote configuration system and method

【技术实现步骤摘要】
一种FPGA多重远程配置系统及方法
本专利技术属于通信领域，具体涉及FPGA远程配置领域，特别涉及一种FPGA多重远程配置系统及方法。
技术介绍
现代硬件程序设计规模越来越大，功能越来越复杂，当多个应用程序同时在一个硬件平台上实现时，各个程序的资源使用和数据通路可能会冲突，这增加了控制电路设计的复杂程度，给开发人员增加了工作量和开发难度。近些年来FPGA技术得到了飞速发展，其作为可编程资源广泛应用在大型复杂系统设计中。尽管FPGA在资源集成度方面取得了可观的成果，但是在多模式的大型系统设计中，单片FPGA资源远远不能够满足设计需求，有时可能需要多个芯片。然而FPGA价格相对较高，这大大提高了设计成本，而且不易于产品维护和升级，由此出现了FPGA加载技术，但是传统的加载配置采用SPI接口以及FLASH等，配置速度比较慢，不能满足多种工作模式的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有成本低、配置速度快以及可靠性高等特点的FPGA多重远程配置系统及方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种FPGA多重远程配置系统，包括远程配置模块、FPGA主控模块、存储器模块、电源模块、时钟模块以及接口模块；所述远程配置模块，用于接收上位机发来的bit流文件，并将其发送给FPGA主控模块；所述FPGA主控模块，用于接收bit流文件并将其写入存储器模块，并在接收到FPGA重配置指令后指定接收来自存储器模块的某一bit流文件实现重配置；所述存储器模块，用于存储来自FPGA主控模块的多个bit流文件并将其写入不同地址，在重配置时FPGA主控模块从指定地址读出相应的bit流文件以配置FPGA主控模块；所述电源模块，用于为整个系统供电；所述时钟模块，用于为FPGA主控模块以及存储器模块提供相应的工作时钟；所述接口模块，用于在线配置FPGA主控模块，实现对存储器模块读写的控制。基于上述FPGA多重远程配置系统的配置方法，包括以下步骤：步骤1，接口模块在线配置FPGA主控模块，实现对存储器模块读写的控制；步骤2，远程配置模块接收上位机发来的bit流文件，并将其发送给FPGA主控模块；步骤3，FPGA主控模块接收bit流文件并将其写入存储器模块，存储器模块将bit流文件写入不同地址；步骤4，FPGA主控模块在接收到FPGA重配置指令时，根据指定的bit流文件从存储器模块中的对应地址读取bit流文件以配置FPGA主控模块。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)通过多重配置，可以将多个程序根据需要分时加载到FPGA中，可以解决可编程资源不足的问题，从而大大降低开发费用，也提高了编程资源的利用率，同时降低了系统设计的复杂性，增加了系统设计的灵活性，便于系统维护和升级；2)通过多重加载技术，用户可以根据需求选择加载不同的bit流文件，从而实现多模式功能；3)相比于常用的以SPIFLASH作为bit流文件的存储器，QSPIFLASH有着更大的存储空间和更快的读写速度，一片QSPIFLASH中可以存放多个Virtex-7系列FPGA的bit流文件，且读写速度成倍增加，大大节约了FPGA系统配置的时间；4)调用ICAPE2核实现多重配置可以使FPGA在不掉电的情况下实现重配置，且当重加载的bit流文件出现问题时，FPGA会选择加载原有的bit流文件，这能保证系统永远处于工作状态，不会因为更新程序的问题导致死机。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1为本专利技术FPGA多重远程配置系统的结构框图。图2为本专利技术一个实施例中QSPIFLASH实现多重配置硬件电路示意图。图3为本专利技术一个实施例中QSPIFLASH实现多重配置流程图。图4为本专利技术一个实施例中QSPIFLASH状态机指令流程图。图5为本专利技术一个实施例中ICAP核状态机指令流程图。具体实施方式结合图1，本专利技术提出了一种FPGA多重远程配置系统，包括远程配置模块、FPGA主控模块、存储器模块、电源模块、时钟模块以及接口模块；远程配置模块，用于接收上位机发来的bit流文件，并将其发送给FPGA主控模块；FPGA主控模块，用于接收bit流文件并将其写入存储器模块，并在接收到FPGA重配置指令后指定接收来自存储器模块的某一bit流文件实现重配置；存储器模块，用于存储来自FPGA主控模块的多个bit流文件并将其写入不同地址，在重配置时FPGA主控模块从指定地址读出相应的bit流文件以配置FPGA主控模块；电源模块，用于为整个系统供电；时钟模块，用于为FPGA主控模块以及存储器模块提供相应的工作时钟；接口模块，用于在线配置FPGA主控模块，实现对存储器模块读写的控制。进一步地，在其中一个实施例中，结合图3，远程配置模块与上位机之间通过千兆以太网进行通信。进一步地，在其中一个实施例中，结合图3，远程配置模块采用DSP。进一步地，在其中一个实施例中，结合图3，远程配置模块具体通过DSP的EMIF接口将bit流文件发送给FPGA主控模块。进一步地，在其中一个实施例中，存储器模块采用FLASH存储器。进一步地，在其中一个实施例中，结合图3，FLASH存储器采用QSPI接口。进一步地，在其中一个实施例中，FLASH存储器采用QSPIFLASH芯片。进一步地，在其中一个实施例中，接口模块采用JTAG接口。作为一种具体示例，本专利技术的技术方案如下：硬件设计：多重配置的硬件主要包括FPGA板卡和储存配置bit流文件的FLASH芯片。FPGA芯片选择XILINX公司的Virtex-7系列中的XC7VX485T-2FFG1761，这款芯片有专用的内部加载逻辑来实现多重配置。由于这款FPGA芯片的bit文件大小为100Mb左右，所以FLASH芯片选择MICRON公司的QSPIFLASH芯片N25Q256A，它的存储空间为256Mb，足够存放2个bit流文件。具体的FPGA和QSPIFLASH的硬件连接如图2所示。软件设计：软件设计分为两部分，第一部分是编写QSPIFLASH的读、写、擦除状态机程序，将FPGA收到的bit流文件存储到QSPIFLASH中。第二部分是编写FPGA重载配置模块。与SPIFLASH不同的是，QSPIFLASH四线模式共有四根信号线，它们全部可以用做输入输出来传输数据，所以传输同样大小的数据模块时，QSPI四线模式的速度大约是SPI模式的四倍(见下表1)，但QSPI四线模式使用也更复杂。除了SPI的读、写、擦除等指令，QSPI在进入四线模式前需要写一条进入4字节地址模式的指令，在结束所有指令后，需要写一条退出4字节地址模式的指令。这样的话，读、写指令所访问的地址必须是4字节。QSPIFLASH的状态机指令流程如图4所示。表1QSPIFLASH和SPIFLASH读、写、擦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种FPGA多重远程配置系统，其特征在于，包括远程配置模块、FPGA主控模块、存储器模块、电源模块、时钟模块以及接口模块；/n所述远程配置模块，用于接收上位机发来的bit流文件，并将其发送给FPGA主控模块；/n所述FPGA主控模块，用于接收bit流文件并将其写入存储器模块，并在接收到FPGA重配置指令后指定接收来自存储器模块的某一bit流文件实现重配置；/n所述存储器模块，用于存储来自FPGA主控模块的多个bit流文件并将其写入不同地址，在重配置时FPGA主控模块从指定地址读出相应的bit流文件以配置FPGA主控模块；/n所述电源模块，用于为整个系统供电；/n所述时钟模块，用于为FPGA主控模块以及存储器模块提供相应的工作时钟；/n所述接口模块，用于在线配置FPGA主控模块，实现对存储器模块读写的控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种FPGA多重远程配置系统，其特征在于，包括远程配置模块、FPGA主控模块、存储器模块、电源模块、时钟模块以及接口模块；
所述远程配置模块，用于接收上位机发来的bit流文件，并将其发送给FPGA主控模块；
所述FPGA主控模块，用于接收bit流文件并将其写入存储器模块，并在接收到FPGA重配置指令后指定接收来自存储器模块的某一bit流文件实现重配置；
所述存储器模块，用于存储来自FPGA主控模块的多个bit流文件并将其写入不同地址，在重配置时FPGA主控模块从指定地址读出相应的bit流文件以配置FPGA主控模块；
所述电源模块，用于为整个系统供电；
所述时钟模块，用于为FPGA主控模块以及存储器模块提供相应的工作时钟；
所述接口模块，用于在线配置FPGA主控模块，实现对存储器模块读写的控制。


2.根据权利要求1所述的FPGA多重远程配置系统，其特征在于，所述远程配置模块与上位机之间通过千兆以太网进行通信。


3.根据权利要求1所述的FPGA多重远程配置系统，其特征在于，所述远程配置模块采用DSP。


4.根据权利要求1或2所述的FPGA多重远程配置系统，其特征在于，所述远程配置模块具...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐杰，雍文韬，杨建超，戴峥，陆星宇，顾红，苏卫民，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32