[发明专利]FPGA程序在线更新电路

说明书

技术领域

本发明涉及综合化系统通用信号处理模块领域，具体涉及一种基于综合化系统通用信号处理模块FPGA程序在线更新的电路及方法。

背景技术

高度综合化的航空电子系统是在综合化航空电子系统的基础上，进一步将数字系统综合的思路应用到系统的孔径和信道处理部分，实现整个系统的模块化和综合化。其特点是从硬件资源的角度很难分清雷达、通信等功能设备，系统中大部分功能都是通过对通用模块加注不同的软件来实现，在信息处理层面，实现了对不同传感器获取的目标数据、地形数据和威胁数据的融合，提供如自动目标识别、威胁等级评估、高置信度的信息处理能力，系统变得更智能化，大大减轻了飞行员的操作负荷。综合化系统是非常复杂的，因为其工作带宽要同时满足大带宽和大动态范围要求，其功能既要能支持浮点并行运算，又要支持定点串行运算，其传输网络既要具备宽带传输特性，又要具备低传输延时特性。这些复杂性给系统的架构设计、网络设计、处理机设计和信道设计带来许多挑战，需要同时考虑模块的通用化，网络拓扑的灵活性、处理运算的并发性等实现。随着系统复杂程度的不断提高，人们发现将软件和硬件分开独立设计、开发的弊端越来越明显：软硬件相互影响无法评估，系统集成、维护困难。在以集中式融合处理多传感器量测数据的综合电子信息系统中,常会出现各传感器量测数据不按正常时序到达融合中心的无序量测现象。处理器处理这类无序量测数据时会遇到负时间更新问题。目前综合化电子信息系统信号处理平台主要包括通用数据处理模块(DPM)、通用信号处理模块(SPM)、网络交换模块(RCM)、系统控制模块(SCM)和高速大规模存储模块(MMM)。模块在功能单元划分与设计上，遵循模块通用功能框架要求进行。模块通用功能框架要求为：每个模块由模块支持单元(MSU)、处理单元(PU)、路由单元(RU)、网络接口单元(NIU)、电源支持部件(PSE)、模块物理接口(MPI)等单元组成，实现模块硬件电路的标准化通用化与综合化设计。各模块根据处理单元的不同而被划分为不同的功能模块。通用信号处理模块由典型的信号处理器DSP/FPGA组成处理单元，FPGA利用硬件并行的优势，打破了顺序执行的模式，在每个时钟周期内完成更多的处理任务，超越了DSP的运算能力；并且FPGA在硬件层面控制输入和输出(I/O)为满足应用需求提供了更快速的响应时间和专业化的功能，因此，由FPGA组成处理单元的信号处理模块就形成了FPGA型信号处理模块。

在实际工程应用中，时常会遇到为解决某个产品的BUG，需要在工程现场更新设备的FPGA代码，或者参加电信测试时需要现场升级设备FPGA程序以便于调试。FPGA程序代码一般存放于芯片配套的FLASH存储器中，而常见的对印制板上FLASH编程有几种方法，原始的方法是使用编程器，这种方法需要要将芯片取下，十分不便，或者通过JTAG接口连接到PC机上，但需要专用下载软件(一般由芯片生产厂商提供)。在测试现场或调测机房现场，要找到FPGA的专用下载线是比较困难的。有时仅为了更新一个FPGA的程序就需要研发或客服人员亲自到现场去烧写程序，这既不便捷，也使得设备维护成本大大增加。在实用系统中，越来越多的产品借助产品固有的通信接口来完成FPGA程序的在线更新。

目前，FPGA程序在线更新有如下两种方案。

方案一.FPGA功能程序内含FPGA程序在线更新模块，通过在线更新模块实现FPGA程序更新到FPGA外挂存储器中。

方案二.FPGA程序存储在DSP外挂存储器中，通过DSP实现FPGA程序在线更新。

现有的一些方案中有如下一些缺点：

一.方案一中，由于FPGA程序在线更新模块内置在FPGA功能程序中，不仅增加功能应用与程序在线更新的耦合，还占用了宝贵的FPGA内部资源。

二.方案二中，通过DSP实现FPGA的程序加载，由于FPGA程序存储在DSP外挂存储器中，FPGA的加载就只能采用被动加载模式，即只有通过DSP读取FPGA程序并输出到FPGA程序加载接口，实现FPGA程序加载。该方案虽然FPGA程序在线更新实现简单，但是FPGA程序加载实现则变得复杂，更重要的是FPGA被动加载的速度比主动加载慢得多。

三.方案一和方案二都是基于DSP实现了，在没有DSP的FPGA型信号处理模块中，单独增加一个DSP实现FPGA程序在线更新不仅增加了成本，而且增加系统复杂度。

发明内容