[发明专利]一种对设备内FPGA芯片统一配置和管理的系统

说明书

技术领域

本发明涉及嵌入式系统技术领域，具体涉及一种对设备内FPGA芯片统一配置和管理的系统。

背景技术

现代的超声多普勒诊断仪越来越多的使用FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)，通常要使用超过一片的FPGA芯片。但是基于SRAM(Static RAM，静态随机存储器)工艺的FPGA芯片在每次上电后需要进行配置，通常情况下FPGA芯片的配置文件由一片外部专用的EPROM来加载。这种传统配置方式是在FPGA芯片的功能相对稳定的情况下采用的。在系统设计要求配置速度高、容量大、维修以及远程升级时，这种方法就显得很不实际也不方便。

在FPGA芯片正常工作时，配置数据存储在SRAM单元中，这个SRAM单元也被称为配置存储(Configuration RAM)。由于SRAM是易失性的存储器，因此，FPGA芯片在上电之后，外部电路需要将配置数据重新载入到片内的配置RAM中。在芯片配置完成后，内部的寄存器以及I/O管脚必须进行初始化。等初始化完成以后，芯片才会按照用户设计的功能正常工作。

目前有两种方案可以实现，一种是使用专用的PROM，这些专用的PROM内部集成控制电路，能够提供FPGA芯片的配置时序，只要将PROM和FPGA芯片的专用引脚相连，上电时就能够自动加载PROM中的配置数据到FPGA芯片的SRAM中；另一种是在含有微处理器的系统中采用其他非易失性存储器如E²PROM、Flash存储配置数据，微处理器模拟FPGA芯片的配置时序将ROM中的数据置入FPGA芯片。与第一种方案相比，该方案节省成本、缩小系统体积。适用于对成本和体积苛刻要求的系统。

但是对于多普勒超声诊断设备，一台设备上有多个的FPGA芯片，并分布于不同的单板上。按照上述的方案，必须每个FPGA芯片都配套一片PROM，会增加成本，并且维修升级都不方便，必须将PROM从单板上取下，在专用的设备上将FPGA芯片的配置数据写入PROM，再焊接到单板上。第二种方案要求单板上必须由含有微处理器，如果没有微处理器，就必需在单板上增加一个微处理器，增加成本。并且，微处理器的运行速度一般比较慢，配置一片FPGA芯片需要比较长的时间，FPGA芯片的配置数据越大，需要的时间越长。由于微处理器无法进行并行操作，如果单板上的微处理器需要配置多个FPGA芯片，就必须逐一配置FPGA芯片，这样需要等待的时间就更长。

并且对于多普勒超声诊断设备，也必须对所有的FPGA芯片的配置数据进行管理，目前的方案都是针对单片FPGA芯片的配置数据或者单板上所有FPGA芯片的配置数据的管理，无法对一台设备内所有的FPGA芯片的配置数据进行统一的、集成的管理。

因此对于多普勒超声诊断设备，如何使用一种低成本、简单有效的方案对整机的FPGA芯片的配置数据进行有效的配置和管理：配置FPGA芯片、存取数据、升级数据，就摆在业内人士的面前。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种对设备内FPGA芯片统一配置和管理的系统及方法，克服现有技术只能对单一的FPGA芯片进行配置，配置效率低下的缺陷。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种对设备内FPGA芯片统一配置和管理的系统，包括配置和管理逻辑组件和至少一个现场可编程逻辑门阵列FPGA，所述配置和管理逻辑组件与所述现场可编程逻辑门阵列FPGA相连，所述配置和管理逻辑组件包括微处理器、非易失性存储器、复杂可编程逻辑器件CPLD，所述微处理器、所述非易失性存储器和所述复杂可编程逻辑器件CPLD相互连接，所述复杂可编程逻辑器件CPLD与所述现场可编程逻辑门阵列FPGA连接，所述配置和管理逻辑组件用于按照串行方式或并行方式配置指定的一片或多片所述现场可编程逻辑门阵列FPGA。

所述的对设备内FPGA芯片统一配置和管理的系统，其中所述配置和管理逻辑组件对所述现场可编程逻辑门阵列FPGA的配置数据进行读取、更新或升级。

所述的对设备内FPGA芯片统一配置和管理的系统，其中所述微处理器设置通讯接口，通过所述通讯接口与上位机进行通讯。

所述的对设备内FPGA芯片统一配置和管理的系统，其中所述微处理器对所述非易失性存储器的内容进行读写或修改。

所述的对设备内FPGA芯片统一配置和管理的系统，其中所述微处理器向所述复杂可编程逻辑器件CPLD发送命令并读取所述复杂可编程逻辑器件CPLD的状态值。