具有隔离功能的FPGA在线配置装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及FPGA的在线配置领域，提出一种具有隔离功能的FPGA在线配置装置及方法，装置包括：FPGA、CPU、NOR Flash存储器、NAND Flash存储器、隔离门电路和电平上拉电路；方法包括：CPU向FPGA输出低电平脉冲，使FPGA进入内部初始化流程，待内部初始化流程完毕后；当CPU检测到输入信号为高电平后，配置时钟信号到FPGA，同时开始在SPI_CLK的上升沿将数据逐位传输给FPGA的DIN引脚；待所有数据传输完成，FPGA完成内部配置加载后，将DONE信号释放，CPU检测到高电平后，确认FPGA已经完成加载，停止SPI_CLK时钟输出，FPGA整体加载过程完成。FPGA整体加载过程完成。FPGA整体加载过程完成。

【技术实现步骤摘要】
具有隔离功能的FPGA在线配置装置及方法


[0001]本专利技术涉及FPGA的在线配置领域，具体涉及一种具有隔离功能的FPGA在线配置装置及方法。

技术介绍

[0002]FPGA在产品的设计使用较广泛，通常设计中会在FPGA上连接一个Flash，将配置文件烧录到Flash中，当FPGA在完成上电及内部初始化后，通过配置接口主动从存储器中进行配置文件读取，完成内部配置。这种方法虽然启动较快，但是当产品有升级的需求时，就要用专用的烧录工具，对产品的维护带来较大的困难。为了能够实现FPGA的在线加载，便于软件及固件的升级，有些设计通过CPU的GPIO接口模拟FPGA的配置接口时序进行配置加载，由于GPIO接口的速率较低，为了确保在线加载的可靠性，设计上会特意降低模拟时钟的频率，一般低于1MHz，因此这种加载的方法会占用较长的时间，这在很多对启动时间有要求的应用场合非常不利。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种具有隔离功能的FPGA在线配置装置及方法，解决目前通过FPGA主动方式加载不利于后续产品的软件的升级，以及通过GPIO模拟FPGA的被动加载时序，速率较低，系统启动较慢的问题。
[0004]本专利技术解决其技术问题，采用的技术方案是：
[0005]本专利技术首先提供一种具有隔离功能的FPGA在线配置装置，包括FPGA、CPU、NOR Flash存储器、NAND Flash存储器、隔离门电路和电平上拉电路；
[0006]所述CPU通过ONFI接口与NAND Flash存储器连接，所述CPU通过SPI接口与NOR Flash存储器连接，所述CPU通过SPI接口经隔离门电路与FPGA连接，所述CPU通过GPIO接口经电平上拉电路与FPGA连接；
[0007]所述NOR Flash存储器，用于存储PMON固件，当系统上电完成后，CPU通过SPI_MISO获取NOR Flash存储器中的PMON固件，完成CPU的初始化；
[0008]所述NAND Flash存储器，用于存储操作系统及FPGA配置文件，当CPU初始化完成后，CPU加载操作系统，操作系统加载完成后，启动FPGA配置应用程序，通过GPIO1向FPGA的PROGRAM_B引脚输出低电平脉冲，使FPGA进入内部初始化流程，在这个过程中FPGA将INIT_B引脚拉低，待内部初始化流程完毕后，将INIT_B引脚释放，该信号通过外部上拉电阻恢复到高电平状态；
[0009]当CPU通过GPIO0检测到输入信号为高电平后，配置SPI_CLK引脚输出时钟信号到FPGA的CCS引脚，同时开始在SPI_CLK的上升沿将数据逐位通过SPI_MOSI传输给FPGA的DIN引脚，待所有数据传输完成，FPGA完成内部配置加载后，将DONE信号释放，该信号通过电平上拉电路拉到高电平，CPU通过GPIO2检测到高电平后，确认FPGA已经完成加载，停止SPI_CLK时钟输出，FPGA整体加载过程完成。
[0010]进一步的是，所述CPU通过GPIO0接口经电平上拉电路与FPGA的INIT_B引脚连接，通过GPIO1接口经电平上拉电路与FPGA的PROGRAM_B引脚连接，通过GPIO2接口经电平上拉电路与FPGA的DONE引脚连接。
[0011]进一步的是，所述电平上拉电路包括供电电源、第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻的一端连接GPIO0接口，另一端连接供电电源，第二电阻的一端连接GPIO1接口，另一端连接供电电源，第三电阻的一端连接GPIO2接口，另一端连接供电电源。
[0012]进一步的是，所述隔离门电路包括第一二输入与门和第二二输入与门，SPI_CLK连接第一二输入与门的两个输入端，第一二输入与门的输出端连接FPGA的CCS引脚，SPI_MOSI连接第二二输入与门的两个输入端，第二二输入与门的输出端连接FPGA的DIN引脚。
[0013]进一步的是，所述CPU还包括网络接口，当FPGA需要升级时，通过CPU的网络接口，接收FPGA的升级固件，存放到NAND Flash中，当固件接收校验完毕后，CPU自动启动FPGA在线加载流程，将新的固件传输给FPGA，FPGA完成配置加载。
[0014]另外，本专利技术还提出一种具有隔离功能的FPGA在线配置方法，应用于所述的具有隔离功能的FPGA在线配置装置，包括如下步骤：
[0015]步骤1.系统加电启动或复位启动；
[0016]步骤2.CPU通过SPI_MISO获取NOR Flash存储器中的PMON固件，完成CPU的初始化；
[0017]步骤3.CPU加载NAND Flash存储器中的操作系统，操作系统加载完成后，启动FPGA配置应用程序；
[0018]步骤4.CPU通过GPIO1向FPGA的PROGRAM_B引脚输出低电平脉冲，使FPGA进入内部初始化流程，在这个过程中FPGA将INIT_B引脚拉低，待内部初始化流程完毕后，将INIT_B引脚释放，该信号通过外部上拉电阻恢复到高电平状态；
[0019]步骤5.当CPU通过GPIO0检测到输入信号为高电平后，配置SPI_CLK引脚输出时钟信号到FPGA的CCS引脚，同时开始在SPI_CLK的上升沿将数据逐位通过SPI_MOSI传输给FPGA的DIN引脚；
[0020]步骤6.待所有数据传输完成，FPGA完成内部配置加载后，将DONE信号释放，该信号通过电平上拉电路拉到高电平，CPU通过GPIO2检测到高电平后，确认FPGA已经完成加载，停止SPI_CLK时钟输出，FPGA整体加载过程完成。
[0021]进一步的是，步骤4中，所述低电平脉冲为100ms的低电平脉冲。
[0022]本专利技术的有益效果是，通过上述具有隔离功能的FPGA在线配置装置及方法，通过CPU的SPI接口为FPGA进行在线加载的功能，能够快速完成FPGA的在线配置加载，在保证系统启动加载可靠性的同时，提高了FPGA配置文件升级的灵活性和便捷性，并且，本专利技术中采用了一个隔离门电路，对CPU的SPI接口和FPGA的SSC接口进行隔离，确保在CPU通过SPI加载PMON过程中，不会被FPGA影响导致CPU启动失败。
[0023]因此，本专利技术实现了一种非常可靠的系统启动方式，能够为用户提供灵活的系统在线升级功能，对产品的维护带来了极大的便利。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1中在线自动加载的电路原理图；
[0025]图2为本专利技术实施2中具有隔离功能的FPGA在线配置方法的流程图。
[0026]其中，R1为第一电阻，R2为第二电阻，VCC为供电电源，Z1为第一二输入与门，Z2为第二二输入与门。
具体实施方式
[0027]下面结合附图及实施例，详细描述本专利技术的技术方案。
[0028]实施例1
[0029]本实施例提供一种具有隔离功能的FPGA在线配置装置，其中，在线自动加载的电路原理图见图1，其中，该装置包括FPGA、CPU、NO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有隔离功能的FPGA在线配置装置，其特征在于，包括FPGA、CPU、NOR Flash存储器、NAND Flash存储器、隔离门电路和电平上拉电路；所述CPU通过ONFI接口与NAND Flash存储器连接，所述CPU通过SPI接口与NOR Flash存储器连接，所述CPU通过SPI接口经隔离门电路与FPGA连接，所述CPU通过GPIO接口经电平上拉电路与FPGA连接；所述NOR Flash存储器，用于存储PMON固件，当系统上电完成后，CPU通过SPI_MISO获取NOR Flash存储器中的PMON固件，完成CPU的初始化；所述NAND Flash存储器，用于存储操作系统及FPGA配置文件，当CPU初始化完成后，CPU加载操作系统，操作系统加载完成后，启动FPGA配置应用程序，通过GPIO1向FPGA的PROGRAM_B引脚输出低电平脉冲，使FPGA进入内部初始化流程，在这个过程中FPGA将INIT_B引脚拉低，待内部初始化流程完毕后，将INIT_B引脚释放，该信号通过外部上拉电阻恢复到高电平状态；当CPU通过GPIO0检测到输入信号为高电平后，配置SPI_CLK引脚输出时钟信号到FPGA的CCS引脚，同时开始在SPI_CLK的上升沿将数据逐位通过SPI_MOSI传输给FPGA的DIN引脚，待所有数据传输完成，FPGA完成内部配置加载后，将DONE信号释放，该信号通过电平上拉电路拉到高电平，CPU通过GPIO2检测到高电平后，确认FPGA已经完成加载，停止SPI_CLK时钟输出，FPGA整体加载过程完成。2.根据权利要求1所述的具有隔离功能的FPGA在线配置装置，其特征在于，所述CPU通过GPIO0接口经电平上拉电路与FPGA的INIT_B引脚连接，通过GPIO1接口经电平上拉电路与FPGA的PROGRAM_B引脚连接，通过GPIO2接口经电平上拉电路与FPGA的DONE引脚连接。3.根据权利要求2所述的具有隔离功能的FPGA在线配置装置，其特征在于，所述电平上拉电路包括供电电源、第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻的一端连接GPIO0接口，另一端连接供电电源，第二电阻的一端连接GPIO1接口，另一端连接供电电源，第三电阻的一端连接GPIO2接口...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵孝雪，李晓路，彭晚生，王继源，马莉，
申请(专利权)人：成都壹石新科信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：