[发明专利]基于重构的FPGA多余度实现方法

权利要求书

1.一种基于重构的FPGA多余度实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)生成各余度模块FPGA配置数据，统计配置数据长度，确定超时参数；

2)根据步骤1)的统计数据建立余度切换表；

3)根据余度切换表组建余度切换模块，生成余度切换模块FPGA配置数据；

4)配置数据整合烧写；

5)余度切换模块配置看门狗，调度余度模块；

6)使用指定的余度模块配置数据配置FPGA并运行；

7)重复步骤5)和步骤6)，直至所有余度失效；

所述步骤1)中，所述各余度模块是用户在每个余度中要实现的具体功能，通过在原用户期望功能的基础上添加看门狗子模块实现；看门狗子模块是FPGA开发环境提供的带有看门狗功能的IP核，带有看门狗复位信号，如果某余度模块在一定时间内没有将看门狗复位信号置为有效，则看门狗复位超时，表明该余度所实现的功能出现故障，需要进行余度切换；

所述步骤2)中，所述的余度切换表包括总余度数目N和每个余度的调度优先级、调度起始地址和超时参数；调度优先级指该余度在所有余度模块中被调度的优先顺序，调度起始地址指该余度模块对应的FPGA配置数据在配置芯片中存储的起始地址，超时参数指该余度模块在多长时间内没有复位看门狗则表明该余度功能已经出现故障，需要调用其他余度模块；调度起始地址的确定应以优先级和配置数据长度为依据，高优先级余度的调度起始地址应小于低优先级余度的调度起始地址，且相邻两个余度调度起始地址的差值应大于两个余度中高优先级余度的配置数据长度；余度切换表中最高优先级余度的调度起始地址不为0，且该地址应大于步骤3)中余度切换模块FPGA配置数据的长度。

2.如权利要求1所述的基于重构的FPGA多余度实现方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述余度切换模块是进行余度调度的主控模块，其包括重构和看门狗控制、余度数据存储器和余度调度三个子模块；其中重构和看门狗控制子模块是FPGA编程环境提供的带有重构和看门狗功能的IP核，余度数据存储器用于存储余度切换表中所有余度的调度优先级、调度起始地址和超时参数数据，并为每个余度均提供了1比特的读写空间，用于记录该余度当前的有效状态，余度调度子模块根据余度故障情况改变余度数据存储器中的余度有效状态，并根据余度调度优先级和改变后的各余度有效状态进行余度选择，根据被选余度参数对重构和看门狗控制子模块进行配置，使能FPGA重构；利用FPGA环境生成的余度切换模块FPGA配置数据长度小于余度切换表中最高优先级余度的调度起始地址。

3.如权利要求2所述的基于重构的FPGA多余度实现方法，其特征在于，所述步骤4)中，所述配置数据整合是利用FPGA开发环境提供的FPGA配置文件转换工具将步骤1)中生成的各余度模块FPGA配置数据和步骤3)中生成的余度切换模块FPGA配置数据进行整合，整合为一个FPGA配置芯片烧写文件并写入FPGA配置芯片；在数据整合时，指定余度切换模块配置数据在配置芯片中的起始地址为0，各余度模块配置数据在配置芯片中存储的起始地址与步骤2)中最终确定的各余度调度起始地址一致。

4.如权利要求3所述的基于重构的FPGA多余度实现方法，其特征在于，所述步骤5)中，所述余度切换模块配置看门狗，调度余度模块，具体是在FPGA上电时默认从配置芯片中的地址0读取配置数据，如果余度调度模块所调度的余度在余度切换表指定的时间内没有对看门狗进行复位操作，FPGA自动重构，将FPGA配置为余度切换模块的功能；在余度切换模块运行时，余度调度子模块首先通过重构和看门狗控制子模块读取上次重构的配置数据起始地址，如果该地址不为0，则在余度数据存储器中将该地址对应的余度置为无效，表明该余度功能已经发生故障，在下次FPGA上电前将不再被调度；如果该地址为0，表明当前状态是在FPGA上电后第一次进行余度调度，无需进行余度置无效的操作；在以上步骤完成后，余度调度子模块从余度数据存储器中读取余度数据，选择具有最高优先级的有效余度，然后记录该余度的调度起始地址和超时参数，将调度起始地址写入重构和看门狗控制子模块，并根据超时参数指定看门狗的超时定时器阈值、使能看门狗，最后通过重构和看门狗控制子模块使能重构。

5.如权利要求4所述的基于重构的FPGA多余度实现方法，其特征在于，所述步骤6)中，所述的使用指定的余度模块配置数据配置FPGA并运行，具体是在步骤5)使能重构后，FPGA自动从指定的调度起始地址读取配置芯片中存储的配置数据，进行自身重构，之后FPGA被配置为指定余度模块的功能，并重构完成自动复位运行；在正常状态下，该余度模块会在调度切换表指定的时间内复位看门狗，FPGA不会重构；当故障发生时，该余度模块没有在规定的时间内完成数据收发和处理，将导致看门狗复位超时，FPGA会从配置芯片的地址0读取配置数据，自动重构。