一种面向元器件飞行验证的FPGA在轨调试方法技术

本发明专利技术公开了一种面向元器件飞行验证的FPGA在轨调试方法，所属方法包括如下步骤：S1:调试客户端通过线缆连接地面站，地面站通过星地通信链路向在轨航天器天线终端发起传输请求，等待建立通信后，由地面终端发起FPGA下载或调试信息传输请求；S2:在轨航天器天线终端接收到该请求信息后通过以太网将该建立连接信息传递给MCU；S3：MCU接收包含FPGA下载或调试信息的以太网数据包并解析，随后通过自定义JTAG链路将该信息发送至FPGA；S4：FPGA收到该下载或调试信息请求地面站的信息后，返回应答响应信息和握手数据给MCU；S5：MCU接收到FPGA返回的应答信息和握手数据后，通过以太网将该信息传递给在轨航天器天线终端。

【技术实现步骤摘要】
一种面向元器件飞行验证的FPGA在轨调试方法
本专利技术涉及一种面向元器件飞行试验的FPGA的远程调试方法，针对元器件飞行验证等应用所需的FPGA在轨调试需求，本方法提出了基于星地链路和MCU远程控制的在轨调试方法。无需新增单独的JTAG硬件链路连接，通过MCU实现数据与控制信号的中继处理，解决了在无人值守的情况下进行在轨FPGA调试下载和监视的可实现性问题。
技术介绍
MCU(MicroControlUnit)微控制单元，又称单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)或者单片机，是把中央处理器(CentralProcessUnit)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。FPGA(FieldProgrammableGateArray)是在PAL、GAL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有限的缺点。硬件描述语言(VerilogHDL或VHDL)所完成的电路设计，可以通过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现在IC设计验证的技术主流。目前面向元器件飞行试验平台设计，大多采用“MCU+FPGA”的方式，如图2所示，用于在线重构元器件程序。MCU可通过以太网接收数据，方便地面站在线上注新的程序。但是该方法，有下述几个问题：目前通过“MCU+FPGA”的方式在线重构元器件，仅能实现远程程序下载的功能，无法进行远程调试测试。一旦发生在轨的FPGA故障，仅能通过上位机软件实现软件层面的错误处理，无法收集在轨FPGA的内部动态信息，无法实现在轨FPGA的设计缺陷准确定位与解决。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：为了解决上述问题，本专利技术提供了如下技术方案，本专利技术提供的技术方案支持通过星地通信建立在轨远程下载与调试链路，通过地面终端对在轨FPGA进行调试和监测，且支持一条或多条JTAG链多个FPGA设备的下载与调试。根据Starlink星座统计的中低轨卫星平均端到端往返延时(rounbtriptime.RTT)为51.8ms，这就为地面终端通过FPGAEDA工具进行远程调试提供了链路时延保障。本专利技术采用的技术方案如下：一种面向元器件飞行验证的FPGA在轨调试方法，所属方法包括如下步骤：S1:调试客户端通过线缆连接地面站，地面站通过星地通信链路向在轨航天器天线终端发起传输请求，等待建立通信后，由地面终端发起FPGA下载或调试信息传输请求；S2:在轨航天器天线终端接收到该请求信息后通过以太网将该建立连接信息传递给MCU；S3：MCU接收包含FPGA下载或调试信息的以太网数据包并解析，随后通过自定义JTAG链路将该信息发送至FPGA；S4：FPGA收到该下载或调试信息请求地面站的信息后，返回应答响应信息和握手数据给MCU；S5：MCU接收到FPGA返回的应答信息和握手数据后，通过以太网将该信息传递给在轨航天器天线终端；S6：在轨航天器天线终端接收该信息，并将该信息发送至地面站调试客户端，从而完成地面终端与在轨被试FPGA之间的链接建立和握手操作。S7：地面终端通过星地调试链路进行在轨被试FPGA的程序下载和远程调试操作。进一步地，步骤S1中的传输信息包括FPGA的位流与调试信息。进一步地，步骤S3、S4、S5中，MCU为宇航级抗辐射加固设计的微处理器。通过抗辐射加固设计提升空间环境下的扛单粒子和抗总剂量能力，保障在轨通信控制的可靠性。进一步地，步骤S3、S4、S5中，MCU内置可将以太网接口接收到的远程调试指令和数据进行解析的软硬件功能模块，将通过在轨航天器天线终端接收到的地面调试请求数据转化为符合标准JTAG时序的信号传输给在轨FPGA，并将FPGA反馈响应数据转化为以太网数据包，通过航天器天线终端下传到地面终端。进一步地，步骤S3中自定义JTAG包含TCK、TMS、TDO、TDI、GND标准仿真器信号，且该信号为3.3V电平标准进一步地。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术提供的面向元器件飞行试验的FPGA在轨调试方法，通过星地通信链路和以太网，可以解决超长距离与太空环境下JTAG仿真器的线缆连接问题，可以实现远程控制。2.本专利技术提供的面向元器件飞行试验的FPGA在轨调试方法，通过支持将以太网转换JTAG时序的宇航级MCU，可以实现在轨FPGA的远程调试，解决了目前在轨FPGA无法收集内部动态信息和实现错误定位的难题，可提供有效途径帮助地面站在线观察在轨FPGA的运行状况，拓宽在轨设备运行状态的检测手段，提高空间站运行设备的在轨寿命。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：图1本专利技术提供的面向元器件飞行验证的FPGA在轨调试方法的框图图2现有的在轨元器件在线重构方式图；图3本专利技术实施例1的流程框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。下面结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。实施例一调试方法包括S1：调试客户端通过线缆连接地面站，地面站通过星地通信链本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向元器件飞行验证的FPGA在轨调试方法，其特征在于，所属方法包括如下步骤：/nS1:调试客户端通过线缆连接地面站，地面站通过星地通信链路向在轨航天器天线终端发起传输请求，等待建立通信后，由地面终端发起FPGA下载或调试信息传输请求；/nS2:在轨航天器天线终端接收到该请求信息后通过以太网将该建立连接信息传递给MCU；/nS3：MCU接收包含FPGA下载或调试信息的以太网数据包并解析，随后通过自定义JTAG链路将该信息发送至FPGA；/nS4：FPGA收到该下载或调试信息请求地面站的信息后，返回应答响应信息和握手数据给MCU；/nS5：MCU接收到FPGA返回的应答信息和握手数据后，通过以太网将该信息传递给在轨航天器天线终端；/nS6：在轨航天器天线终端接收该信息，并将该信息发送至地面站调试客户端，从而完成地面终端与在轨被试FPGA之间的链接建立和握手操作；/nS7：地面终端通过星地调试链路进行在轨被试FPGA的程序下载和远程调试操作。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向元器件飞行验证的FPGA在轨调试方法，其特征在于，所属方法包括如下步骤：
S1:调试客户端通过线缆连接地面站，地面站通过星地通信链路向在轨航天器天线终端发起传输请求，等待建立通信后，由地面终端发起FPGA下载或调试信息传输请求；
S2:在轨航天器天线终端接收到该请求信息后通过以太网将该建立连接信息传递给MCU；
S3：MCU接收包含FPGA下载或调试信息的以太网数据包并解析，随后通过自定义JTAG链路将该信息发送至FPGA；
S4：FPGA收到该下载或调试信息请求地面站的信息后，返回应答响应信息和握手数据给MCU；
S5：MCU接收到FPGA返回的应答信息和握手数据后，通过以太网将该信息传递给在轨航天器天线终端；
S6：在轨航天器天线终端接收该信息，并将该信息发送至地面站调试客户端，从而完成地面终端与在轨被试FPGA之间的链接建立和握手操作；
S7：地面终端通...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鸿瑾，张绍林，白星，周游，李天文，王朋，李宾，王红霞，焦聪，苏博，
申请(专利权)人：北京轩宇空间科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11