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多系统FPGA远程更新系统的设计与实现

2020年电子技术应用第8期

郝国锋，朱琛，顾晓雪

中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏无锡214072

摘要： 为了解决多系统FPGA远程更新的局限性，提出了一种基于SoC的多系统FPGA远程更新系统设计方法。应用以太网协议实现了上位机与SoC控制系统的信息交互，SoC芯片控制加载流程实现多系统FPGA远程更新。通过实际测试，验证了新方法的可行性、正确性。该方法有效解决了传统更新方法操作复杂、距离短、时间长等缺点，对工程应用具有重大意义。

關(guān)鍵詞： 多系统 SOC FPGA 远程更新

中圖分類號(hào)： TN74
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200259
中文引用格式： 郝國鋒，朱琛，顧曉雪. 多系統(tǒng)FPGA遠(yuǎn)程更新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2020，46(8)：129-131，136.
英文引用格式： Hao Guofeng，Zhu Chen，Gu Xiaoxue. Design and implementation of multi-system FPGA remote update system[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(8)：129-131，136.

Design and implementation of multi-system FPGA remote update system

Hao Guofeng，Zhu Chen，Gu Xiaoxue

China Electronics Technology Group Corporation No.58 Research Institute，Wuxi 214072，China

Abstract： In order to solve the limitation of multi system FPGA remote update, a design method of multi-system FPGA remote update system based on SoC is proposed. Ethernet protocol is applied to realize the information interaction between the upper computer and SoC control system, and SoC chip controls the loading process to realize the remote update of multi system FPGA. The feasibility and correctness of the new method are verified by practical test. It effectively solves the shortcomings of traditional updating methods, such as complex operation, short distance and long time, and has great significance for engineering application.

Key words : multi-system；SoC；FPGA；remote update

0 引言

FPGA(Field Programmable Gate Array)即現(xiàn)場可編程門陣列，具有資源豐富、接口資源多、并行邏輯處理能力強(qiáng)、可重復(fù)在線編程等特點(diǎn)，F(xiàn)PGA高效而靈活的處理方式使其在軍事工業(yè)、工業(yè)控制、人工智能等很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用^[1-2]。Zynq系列SoC芯片作為Xilinx公司的全可編程片上系統(tǒng)，集成了ARM Cortex A9和Kintex-7系列FPGA，處理速度高至1 GHz，豐富的邏輯資源及強(qiáng)大的處理器在系統(tǒng)控制中起到關(guān)鍵作用^[3]。

傳統(tǒng)的FPGA更新方法采用串行配置邊界掃描(JTAG)來訪問芯片并對(duì)FPGA的配置Flash進(jìn)行編程，該方法受限于更新速度和操作距離，僅適用于本地更新^[4-5]。在多片F(xiàn)PGA的大型設(shè)備中，JTAG更新方法需要將每片F(xiàn)PGA連接到JTAG下載電纜進(jìn)行程序更新，因此這種方法效率低下，局限性極大。裝備于軍事設(shè)備及置于人工不能操作的嚴(yán)苛環(huán)境下的設(shè)備中，傳統(tǒng)的更新方式不能完成任務(wù)需求。為了解決這些問題，F(xiàn)PGA遠(yuǎn)程更新已經(jīng)有相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了研究，一種方法是利用FPGA內(nèi)部的MCU軟核進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，在該方法中FPGA的MCU軟核依存于FPGA配置程序中，需要預(yù)先加載程序，如果遠(yuǎn)程更新失敗，整個(gè)系統(tǒng)面臨癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)^[4]。另一種方法是利用ARM或DSP作為加載控制器，該方法具有電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、實(shí)現(xiàn)難度較大等缺點(diǎn)[6-8]。鑒于傳統(tǒng)更新方式及現(xiàn)存方法的局限性，本文設(shè)計(jì)了一種基于SoC的多系統(tǒng)FPGA遠(yuǎn)程更新系統(tǒng)，并通過工程實(shí)現(xiàn)。

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作者信息:

郝國鋒，朱琛，顧曉雪

(中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所，江蘇無錫214072)

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