[发明专利]基于以太网的FPGA功能在线升级方法

说明书

技术领域

本发明涉及以太网数据通信技术领域，尤其是一种基于以太网的FPGA功能在线升级方法。

背景技术

随着电子信息技术的快速发展，各个行业对数字系统的精度、速度和集成度提出了更高的要求。现场可编程门阵列FPGA具有高实时性、高集成度、高可靠性及低成本、高灵活性及低功耗等优点。因此，FPGA很好的适应了现在数字系统发展的要求，越来越多的数字系统都将其作为主控芯片来进行设计。

通常FPGA板卡功能的升级是借助于烧写器来完成的，一般情况下，FPGA板卡被封装在机器的内部，这就对功能的升级带来了很大的不便。另外，如果是非专业人员来完成这件事的话，还需要了解烧写流程。所谓在线升级，就是在线将配置文件写入FPGA的配置flash中去，等下一次重新上电的时候就完成了升级。以太网接口是一种传输速度快、可靠性高的常见接口，现在几乎是任何硬件板卡的标配。再加之上位机软件的配合，完成FPGA板卡的功能升级就会变的方便快捷、操作简单。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于以太网的FPGA功能在线升级方法，提高了FPGA板卡功能升级的便捷性、可靠性，提高了板卡的可维护性，降低了升级的成本。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

基于以太网的FPGA功能在线升级方法，实现上位机与下位机之间的包括上位机发送给下位机的指令数据和配置数据，及下位机发送给上位机的响应数据，包括以下步骤：

(1)、上位机读取FPGA的配置文件，向FPGA发送对flash初始化的命令，FPGA的解析模块对接收的以太网数据进行解析，FPGA收到对flash初始化指令帧后，FPGA对flash进行初始化，上位机查询是否收到FPGA对flash初始化完成之后向上位机反馈初始化成功的响应帧，收到响应帧，转到步骤(2)，没有收到响应帧，重复步骤(1)；

(2)、上位机收到FPGA对flash初始化成功的响应帧之后，将烧写文件按照固定长度分片、编号、组包，通过以太网接口发给FPGA；

(3)、FPGA的解析模块对接收的以太网数据进行解析，FPGA收到数据帧且校验通过之后，将数据解析出来写到flash中，并回复对应编号的响应帧，通知上位机该数据帧中的数据是否被成功写入flash中，数据没有成功写入flash，上位机重发数据帧；数据成功写入flash，判断该数据帧是否为最后一个数据帧，如果是最后一个数据帧，转到步骤(4)，如果不是最后一个数据帧，重复步骤(3)；

(4)、FPGA收到最后一个数据帧并且成功写入flash之后，回复配置完成的响应帧，上位机提示用户重启设备完成升级；

(5)、FPGA再次上电后解析模块读取新配置数据的控制字，判断控制字是否有效，如有效，读取新配置数据的起始地址信息且加载新配置数据；否则，加载旧配置数据。

进一步地，步骤(1)中，FPGA对flash的初始化操作包括以下步骤：

(11)、FPGA收到flash初始化命令之后，将0x00000000～0x0000FFFD区域擦除，使加载新配置数据的控制字置为无效；

(12)、擦除存放FPGA新配置数据的区域0x00100000～0x001FFFFE；

(13)、FPGA向上位机返回初始化完成的响应帧；

(14)、FPGA收到新配置数据之后向新配置数据区域(0x00100000～0x001FFFFE)写入新的配置数据；

(15)、校验写入的新配置数据是否正确；

(16)、新配置数据校验正确之后，向0x0000FFFE地址下写入0x000000BB，使加载新配置数据的控制字置为有效；

(17)、FPGA向上位机反馈升级完成的响应帧，并提示用户重启设备。

进一步地，步骤(2)中，将烧写文件按照固定长度进行分片、编号、组包的详细操作如下：

(21)、上位机将烧写文件按照1KB进行分片，不足1KB的用0xFF来补齐；

(22)、上位机将分片完毕的数据包按照存储地址由低到高的顺序依次编号并组帧；

(23)、上位机判断收到的当前数据帧的响应帧是否正确，判断结果为正确，则组下一个编号的数据帧，否则，重发当前数据帧直到校验正确；

(24)、当上位机发送完最后一个数据帧且收到升级结果的状态帧之后，将结果提示给用户。

进一步地，FPGA的解析模块对接收的以太网数据进行解析包括以下步骤：