【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及嵌入式电子，尤其涉及一种基于mcu升级fpga内核程序的边缘设备及方法。
技术介绍
1、企业生产而产生的能源消耗、二氧化碳排放，被越来越多的企业重视，节能减排就愈发显得重要。这样的前提下，能耗在线监测是对用能单位的电、热、水、煤、温度等能耗数据进行分项计量、采集、传输和监控，最终实现用能管理的数字化和可视化的能源管理。通过有效的能耗在线监测和管理，实时监测能源使用情况，使得组织和企业能够更全面地了解能源消耗的模式和趋势，识别能源浪费和不必要的能耗，从而快速地调整设备和系统的运行状态，优化能源使用，减少能源浪费，实现节能降耗，提高能源利用效率，降低运营成本，有助于减缓对环境的不利影响，推动绿色能源和可持续发展。
2、伴随着大数据和云计算的发展，在传统方案中能耗监测数据是全部传输到云端进行处理和分析。但随着物联网的发展，发现越来越多的iot终端设备将未经任何清洗处理的数据直接上传到云端，海量的原始数据接入给云端造成了一定计算压力和计算资源的浪费以及较大的延迟，所以又提出了边缘计算的概念。边缘侧具备一定处理能力，使传递到云端的数据是经过转换、清洗处理的结果，云端更多专注于上层的业务应用，减轻了云端的网络负担，同时，边缘计算允许在数据生成的地方就近进行计算和处理，减少了数据传输到云端的延迟，在能耗在线监测中，实时性是至关重要的，及时的能耗信息可以帮助做出迅速的决策，优化能源使用，甚至防止潜在的问题。在这样的需求下，能耗在线监测的边缘计算网关和在线监测端设备成为了能源消耗监测的关键设备，也发展为温室气体碳排放监测
3、现有技术中，边缘计算设备大多采用通用mcu作为主芯片，然后在其上开发部署具体的业务应用软件和云端进行数据交互响应，但是在需要执行规则引擎和算法处理时效率不及fpga，尤其在网络报文计算处理密集型任务中，mcu不能满足需求，必须使用性能强大arm或者x86处理器，成本较高。但若使用纯fpga的方案，以便于高效处理算法任务，但是fpga算法一旦烧录即固定，更新功能需使用专门的烧录器进行烧录，这对于投放边缘侧的终端设备很不友好，当需要更新算法时需要投入很大的运维成本。且目前的边缘计算设备未使用全国产化解决方案，在自主可控能力上存在风险，容易受到外部干扰和攻击，存在安全隐患，也可能会面临技术支持不及时、固件更新滞后的问题，容易受到国家层面的技术制裁和威胁。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种基于mcu升级fpga内核程序的边缘设备及方法，以解决上述问题，可以在本地或远程对fpga进行便捷更新，且实现全国产化，完全自主可控。
2、本专利技术提出了一种基于mcu升级fpga内核程序的边缘设备，该边缘设备用于能耗在线监测，该边缘设备包括：
3、国产fpga芯片，分别连接内网应用系统和外网应用系统，用于内网应用系统和外网应用系统之间的数据监测和通信；
4、国产mcu芯片，通过i2c总线与国产fpga芯片通信连接，并分别通信连接云端和上位机，通过云端和/或上位机监测和/或管理国产fpga芯片，所述监测国产fpga芯片包括监测国产fpga芯片的运行状态，所述管理国产fpga芯片包括控制国产fpga芯片的启停和更新国产fpga芯片的规则引擎文件。
5、在一个实施例中，所述国产fpga芯片为logospgl12g。
6、在一个实施例中，所述国产mcu芯片为gd32f103vct6。
7、在一个实施例中，所述国产mcu芯片通过rs232接口连接上位机。
8、在一个实施例中，所述国产mcu芯片通过rs232接口连接4g模组后与云端连接。
9、在一个实施例中，所述国产fpga芯片分别通过phy连接内网应用系统和外网应用系统，连接所述国产fpga芯片和内网应用系统的为内网侧phy，连接所述国产fpga芯片和外网应用系统的为外网侧phy。
10、在一个实施例中，所述国产fpga芯片通过rgmii接口分别连接内网侧phy和外网侧phy，内网应用系统和外网应用系统与所述国产fpga芯片之间的通信方式采用互斥方式；
11、当有内网应用系统到外网应用系统的数据时，内网侧phy与所述国产fpga芯片间的rgmii接口连通，外网侧phy与所述国产fpga芯片间的rgmii接口仍为断开状态，当数据到所述国产fpga芯片后断开和内网侧phy的rgmi接口，并与外网侧phy连通，数据到外网侧phy后，断开外网侧phy和所述国产fpga芯片间的rgmii接口。
12、在一个实施例中，所述国产mcu芯片与上位机和/或云端通信时的通信指令以16字节为最小传输单元。
13、本专利技术还提出了一种基于mcu升级fpga内核程序的方法，所述方法应用于如上所述的基于mcu升级fpga内核程序的边缘设备，包括如下步骤：
14、当需要更新fpga的内核程序时，mcu从云端或上位机获取预更新的fpga程序文件，并将预更新的fpga程序文件写入fpga；
15、mcu监测fpga的运行状态是否正常，若正常则更新完成，若异常则对fpga进行复位。
16、在一个实施例中，所述基于mcu升级fpga内核程序的方法还包括mcu监测采集fpga的工作环境温度，并将工作环境温度信息传递到上位机或云端。
17、与现有技术相比，本专利技术的基于mcu升级fpga内核程序的边缘设备及方法的有益效果在于：
18、1)本专利技术基于mcu+fpga的边缘设备可以大幅提高边缘侧的算力，在能耗在线监测数据传输方面可以实时监测能耗数据，减少对云端传输的需求，降低网络延迟，并实现更快速的响应。
19、2)本专利技术全部使用国产芯片，实现了全国产化，有助于确保设备的自主可控能力，从硬件层面到软件层面均可以实现自主可控，双重保障了信息安全，降低了由于芯片中潜在的恶意设计或后门引入而带来的风险，同时有助于降低对外部技术供应的过度依赖，减少潜在的国家战略风险。
20、3)本专利技术中fpga的规则引擎状态需要更新时，不再需要专门的烧录器，本地和远程均可通过mcu对fpga进行更新，更新更加便捷，降低传统使用jtag编程器烧录时的难度和人力成本，减少了人员现场施工、调试的次数，提高了项目运维的经济性，且mcu可作为fpga的状态机看门狗，实现对fpga的状态机、规则引擎装状态和结果、fpga的版本信息等进行监测和管理，出现异常时能及时重新启动fpga。
21、4)本专利技术中fpga可以对数据包进行源/目的端口、ip、应用内容等方面的分析和过滤，对黑名单内容和威胁检测中的风险数据进行阻止，确保只有通过检测的数据包才能在边缘侧it和ot之间进行流通，从而实现对边缘侧it和ot交接域内的数据过滤和安全防护，确保在跨域通信时的网络安全性，实现边缘侧的网络安全管理和隔离，可代替传统的大型网络安全设备，具备新颖性和经济性。通过网络过滤，确保it领域可能带来的攻击不本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于MCU升级FPGA内核程序的边缘设备，其特征在于，所述边缘设备用于能耗在线监测，所述边缘设备包括：
2.根据权利要求1所述的基于MCU升级FPGA内核程序的边缘设备，其特征在于，所述国产FPGA芯片为LogosPGL12G。
3.根据权利要求1所述的基于MCU升级FPGA内核程序的边缘设备，其特征在于，所述国产MCU芯片为GD32F103VCT6。
4.根据权利要求1所述的基于MCU升级FPGA内核程序的边缘设备，其特征在于，所述国产MCU芯片通过RS232接口连接上位机。
5.根据权利要求1所述的基于MCU升级FPGA内核程序的边缘设备，其特征在于，所述国产MCU芯片通过RS232接口连接4G模组后与云端连接。
6.根据权利要求1所述的基于MCU升级FPGA内核程序的边缘设备，其特征在于，所述国产FPGA芯片分别通过PHY连接内网应用系统和外网应用系统，连接所述国产FPGA芯片和内网应用系统的为内网侧PHY，连接所述国产FPGA芯片和外网应用系统的为外网侧PHY。
7.根据权利要求6所述的基于M
8.根据权利要求1所述的基于MCU升级FPGA内核程序的边缘设备，其特征在于，所述国产MCU芯片与上位机和/或云端通信时的通信指令以16字节为最小传输单元。
9.一种基于MCU升级FPGA内核程序的方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-8任一项所述的基于MCU升级FPGA内核程序的边缘设备，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的基于MCU升级FPGA内核程序的方法，其特征在于，还包括MCU监测采集FPGA的工作环境温度，并将工作环境温度信息传递到上位机或云端。
...【技术特征摘要】
1.一种基于mcu升级fpga内核程序的边缘设备，其特征在于，所述边缘设备用于能耗在线监测，所述边缘设备包括：
2.根据权利要求1所述的基于mcu升级fpga内核程序的边缘设备，其特征在于，所述国产fpga芯片为logospgl12g。
3.根据权利要求1所述的基于mcu升级fpga内核程序的边缘设备，其特征在于，所述国产mcu芯片为gd32f103vct6。
4.根据权利要求1所述的基于mcu升级fpga内核程序的边缘设备，其特征在于，所述国产mcu芯片通过rs232接口连接上位机。
5.根据权利要求1所述的基于mcu升级fpga内核程序的边缘设备，其特征在于，所述国产mcu芯片通过rs232接口连接4g模组后与云端连接。
6.根据权利要求1所述的基于mcu升级fpga内核程序的边缘设备，其特征在于，所述国产fpga芯片分别通过phy连接内网应用系统和外网应用系统，连接所述国产fp...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐俊，田海涛，
申请(专利权)人：上海华瑞众信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。