[发明专利]一种基于处理器控制的FPGA配置程序远程更新系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种FPGA的配置系统及其方法，尤其是涉及一种基于处理器控制的远程更新FPGA配置程序的系统及实现方法。

背景技术

可编程逻辑器件在当今电子类产品的研发设计中，被广泛的使用。特别是现场可编程逻辑门阵列FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑阵列）已经在许多产品设计场合替代专用的IC芯片。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。FPGA大多是基于SRAM结构的，当其正常工作时配置程序存储在SRAM（Static RAM）单元中。SRAM单元通常也被称为配置存储单元（Configuration RAM），由于SRAM掉电数据丢失的特性，因此FPGA的配置程序需存放在片外专用的PROM中。每次上电时，配置数据都必须重新加载到FPGA内部的RAM中，初始化工作完成后FPGA芯片才能正常工作，这就是通常所说的FPGA配置过程。

现有的FPGA配置方式主要有两种：一种是使用最基本配置方式，使用FPGA厂家提供的专用下载器将开发软件生成好的配置程序下载到板上PROM中去，该PROM一般为FPGA厂家指定的存储芯片，且与FPGA的专用配置管脚相连。PROM中的配置数据在每次上电时都会自动加载到FPGA芯片中去。另一种方式是在微处理器的系统中采用其它的非易失性存储器（如：E2PROM和Flash）来存储配置程序，通过连接到微处理器上的通讯接口去更新存储器中的配置程序。FPGA与的配置端口与微处理的I/O端口相连。每次上电，微处理器同FPGA的接口还要模拟FPGA的配置信号时序将存储器中的配置数据加载到FPGA的SRAM中去，从而达到配置FPGA数据的目的。

现有的FPGA配置方法主要有如下缺点：

一、第一种配置方式，也是最基本的配置方式，需要下载器和与之配套的开发软件，这种配置方式适合于试制阶段的实验调试，或是批量生产时烧写配置程序。专用的配置芯片成本较高，适用于FPGA功能相对稳定的情况下，该方式灵活性较差；

二、传统方式需将下载器连接到板上的插座，才能把配置程序下载到目标芯片中去，但大多数现场环境中，将机箱或是模块拆解开来比较困难，所以传统的加载配置程序的方式的应用很受限制；

三、在许多场合，系统希望能够实现对FPGA进行动态配置，甚至要求在系统运行状况下在线更改FPGA的功能。上述的两种方式显然都不合适，它们都需要在每次重启上电后，配置数据才会下载到FPGA中去。

四、有的产品设计中，采用CPU+FPGA系统架构，需要FPGA先启动运行，或是CPU和FPGA的启动运行互相没有依赖关系，第二种配置方式就不适用了。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于处理器控制的FPGA配置程序远程更新系统及其方法，实现对FPGA器件的规格升级和系统更新等操作，解决了现有技术方法不灵活，现场升级困难、无法满足远程FPGA更新配置及在线更新等缺陷。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种基于处理器控制的FPGA配置程序远程更新系统的技术实现方案，一种基于处理器控制的FPGA配置程序远程更新系统，包括：处理器模块、FPGA模块、SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口）存储器模块和缓冲器模块，处理器模块与SPI存储器模块相连，处理器模块与通讯接口相连，SPI存储器模块与FPGA模块相连，处理器模块还通过缓冲器模块与SPI存储器模块相连，通讯接口为处理器模块与上位机或终端通讯的接口装置，SPI存储器模块存储FPGA模块的配置程序，缓冲器模块用于导通或断开处理器模块与SPI存储器模块之间的连接，当FPGA模块有配置程序需要更新时，上位机或终端通过通讯接口和处理器模块将FPGA配置程序下载到SPI存储器模块中，在Master SPI模式下，FPGA模块自动加载存储在SPI存储器模块中的配置程序。

作为本发明一种基于处理器控制的FPGA配置程序远程更新系统技术方案的进一步改进，FPGA配置程序远程更新系统还包括SPI接口模块和JTAG（Joint Test Action Group，联合测试工作组）接口模块，SPI接口模块与SPI存储器模块相连，JTAG接口模块与FPGA模块相连，配置程序采用间接在系统编程模式通过FPGA模块的JTAG链为SPI存储器模块下载配置程序或者采用直接在系统编程模式通过外部的下载器直接为SPI存储器模块下载配置程序。