[发明专利]一种基于FPGA的故障恢复方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的故障恢复方法。

背景技术

Xilinx公司的FPGA芯片是基于SRAM型工艺的挥发性器件，电路功能依靠存储在SRAM型配置寄存器中数据实现。FPGA芯片上电后必须从配置FLASH中读取配置信息之后才能正常工作。

FPGA的配置过程包括5个阶段：初始化，清空配置存储器，加载配置数据，CRC校验，START-UP，该配置过程的上电时序如图1所示，在芯片上电或者FPGA的PROG_B信号为低脉冲时，会清空配置寄存器，即会重新从配置FLASH中读取配置信息。PROG_B的最短脉冲时间由T_POR时间参数决定，当该信号有效(低电平)时，芯片处于复位状态。

现有的FPGA没有配置工作状态监测系统，如果出现异常现象无法及时复位，同时也影响了对FPGA的烧写、配置等操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于FPGA的故障恢复方法，对FPGA的工作状态进行监测，可对出现的异常现象进行复位，且不影响对FPGA的烧写、配置等操作。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于FPGA的故障恢复方法，包括如下步骤：

(1)上电后，FPGA从配置Flash中读取配置信息，加载构成逻辑看门狗的逻辑；

(2)加载完成后逻辑运行，对硬件看门狗进行喂狗操作；

(3)若逻辑故障或逻辑未成功加载，且持续设定时间未完成喂狗操作，硬件看门狗输出复位脉冲到FPGA，FPGA重新加载直至逻辑加载成功；

(4)逻辑加载成功后，FPGA加载嵌入的软件，软件启动后对逻辑看门狗进行喂狗操作，若持续设定时间未进行喂狗操作，则逻辑看门狗对软件进行复位。

若硬件看门狗上有外部复位信号产生，则FPGA重新加载逻辑。

配置Flash和硬件看门狗均与FPGA的PROG_B相连。

所述FPGA还接有DEBUG信号用于在调试过程中烧入bit文件。

本发明基于FPGA的故障恢复方法可实现在上电后，对FPGA的工作状态进行监测，若逻辑未成功加载或逻辑崩溃等现象出现，使用硬件看门狗对逻辑进行复位；若FPGA上嵌入的软件加载不成功或者软件崩溃时，通过逻辑看门狗对软件进行复位，以实现模块的故障恢复，且不影响对FPGA的烧写、配置等操作。该方法适用于需要故障恢复的情况，提高工作的可靠性，且具有通用功能，可以适用于各种基于Xilinx FPGA的故障恢复情况。

附图说明

图1为FPGA芯片的上电配置时序；

图2为本发明硬件电路原理示意图；

图3为故障恢复方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1所示，在Xilinx FPGA的PROG_B信号为低时，清空配置寄存器，FPGA从配置Flash中重新加载程序。

如图2所示，该故障恢复系统主要由硬件电路单元和逻辑看门狗单元组成。硬件电路单元主要包括硬件看门狗芯片、Xilinx FPGA和配置Flash；逻辑看门狗单元主要由在PC机上编写的逻辑进行编码来实现，编译生成适于芯片加载格式的软件或逻辑。配置Flash和硬件看门狗均与Xilinx FPGA的PROG_B相连。

另外，若不接DEBUG信号，会出现调试过程中无法烧入bit文件的问题，但可正常烧录mcs文件。为解决此问题，引入DEBUG信号，当处于调试状态，烧入bit文件时，该信号置为1，工作状态下，该信号为0。SYS_RST为外部复位信号，此信号效果为FPGA复位外围电路的同时，自身重新加载程序。

如图3所示，本发明提供了一种基于FPGA的故障恢复方法，包括如下步骤：

(1)上电后，首先FPGA从配置Flash中读取配置信息，加载构成逻辑看门狗的逻辑；

(2)等待FPGA加载完成后，此时逻辑运行，逻辑开始对硬件看门狗进行喂狗操作(WDI)；

(3)若逻辑故障(例如出现逻辑崩溃现象)或逻辑未成功加载，且持续设定时间未完成喂狗操作(FPGA逻辑出现问题)，硬件看门狗芯片输出复位脉冲到FPGA，此时FPGA将重新加载直至逻辑加载成功；

(4)逻辑加载成功后，FPGA开始加载嵌入的软件，软件启动后对逻辑看门狗进行喂狗操作，若持续设定时间未进行喂狗操作(软件出现问题)，则逻辑看门狗对软件进行复位，从而实现故障恢复。