[实用新型]一种基于网络的FPGA配置系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及FPGA配置技术领域，具体涉及一种基于网络的FPGA配置系统。

背景技术

在现有技术超声诊断设备设计中，以嵌入式微处理器加现场可编程逻辑门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)为核心的体系结构因其强大的处理能力和灵活的工作方式而被广泛采用。嵌入式微处理器的优势在于将微处理器内核与丰富多样的外围接口设备紧密结合，在提供强大的运算、控制功能的同时，降低了系统成本和功耗，因而适合作为数字系统的控制核心；FPGA的优势在于超高速、丰富的逻辑资源以及用户可灵活配置的逻辑功能，适用于逻辑接口功能多种多样、灵活可变的场合。将二者结合形成优势互补，如有需要，再配以适当的专用芯片。这种体系结构适用于大多数复杂数字诊断仪器系统的设计。而FPGA是一种现场可编程逻辑器件，在FPGA正常工作时，配置数据存储在SRAM(Static RAM)单元中，SRAM单元也被称为配置存储(ConfigurationRAM)，由于存储器SRAM的易失性，FPGA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，内部各元器件初始化完成以后FPGA芯片才能正常工作。

如图1所示，FPGA的配置过程是两次数据的传输过程：分别由配置数据源到时序控制器和时序控制器到目标FPGA。现有的FPGA配置方式主要有两种：一种是使用传统的配置方式，使用厂家提供的专用下载电缆线和在板上使用FPGA厂家提供的专用PROM(programmableread-only memory可编程序的只读存储器)为FPGA提供配置时序，只要将PROM和FPGA的专用引脚相连，上电时将服务器内的目标程序通过下载电缆线烧录到PROM中，PROM中的配置数据就会自动加载到FPGA的SRAM中；这种配置方式包括应用于调试阶段的专用下载电缆线和应用于产品中的专用非易失性存储器。在这种方式中，前述的两次数据传输完全由FPGA厂商所提供的软硬件完成。

如图2所示，另一种方案是在微处理器(MCU)的系统中采用其它的非易失性存储器(如：E²PROM、Flash)存储配置数据，通过专用烧写器将数据烧写到非易失性存储器中，烧写好的非易失性存储器再焊接到板卡中，上电后微处理器产生FPGA的配置时序将非易失性存储器中的数据置入FPGA的SRAM中，或在这种方案的基础方法上，在微处理器中加上USB接口，通过USB接口传输协议来传输数据，微处理器完成数据的控制，去更新Flash数据，从而达到配置FPGA数据的目的。

现有技术的两种FPGA配置方式有如下缺点：

第一种FPGA配置方式成本较高，超声诊断设备普遍使用FPGA，通常还不止一片的FPGA。但是基于SRAM工艺的FPGA在每次上电后需要进行配置，通常情况下FPGA的配置文件由一片外部专用的EPROM来加载。这是在FPGA的功能相对稳定的情况下采用的，所以一台设备中就会用到很多片的专用非易失性存储器，专用非易失性存储器的成本非常高，这样单机的成本就很高了。第二，常见的专用下载电缆都是使用计算机并口产生串行的配置信号，而以并口线作为传输媒介，注定其有效传输距离非常有限；第三，专用非易失性存储器的配置方式决定了目标FPGA只能接收单一配置文件，即在系统运行过程中，FPGA不可能根据不同情况动态调整逻辑功能，这样的配置方式无法满足某些应用中对于系统灵活性的要求。第二种FPGA配置方式虽比第一种FPGA配置方式在成本和灵活性要好很多，但USB的传输只能在比较短的距离内(通常在1米内)进行传送，否则就容易造成数据出错，所以也只适合近距离的数据更新。

现有技术的两种FPGA配置方式传输距离都非常有限，只能解决短距离的更新和下载，无法满足远程、跨区域的FPGA配置、测试、维护和更新的要求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于网络的FPGA配置系统，克服现有技术FPGA配置方式传输距离短、无法满足远程、跨区域FPGA配置的缺陷。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案为：