[发明专利]一种基于NiosII软核的FPGA在线升级方法

说明书

本发明公开了一种基于NiosII软核的FPGA在线升级方法，其步骤是，1、FPGA上运行NiosII软核，用于响应在线升级指令，并读写存储器；2、在存储器中存储两组镜像，启动镜像和工作镜像，3、FPGA上电后载入启动镜像，然后尝试切换到工作镜像，若切换失败则回到启动镜像；两组镜像都能在线升级。本发明能实现方便、稳定的FPGA在线升级功能，并在升级过程中发生意外时，能保证设备能够启动，并重新升级，另外本发明无需增加其他硬件模块，从而降低了成本和设备尺寸限制。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体的说是一种基于Nios II软核的FPGA在线升级方法，并应用产品为使用Intel FPGA并带有外部通信接口的设备。

背景技术

在工业领域经常使用FPGA(现场可编程门阵列)来实现数据采集、数据处理、数据传输等功能。FPGA通用的固件升级方法是通过FPGA下载器连接JTAG接口来完成的，但是设备通常不会将JTAG接口曝露在外。在一些不方便拆机的情况下，无法通过JTAG接口升级FPGA固件。

FPGA在线升级目前已有多种方案。一种方案是基于MCU和模拟开关，通过MCU控制模拟开关，将FPGA的配置FLASH与MCU引脚相连，实现了通过MCU读写FPGA的配置FLASH。然后再通过串口、USB等外部接口，将FPGA固件发送到MCU，并写入FPGA配置FLASH。另一种方案是使用Intel FPGA并制作两个镜像，一个是启动镜像，集成了嵌入式软核处理器Nios II，用于在线升级，另一个是正常工作镜像。FPGA启动时在Nios II中等待升级指令，若有升级指令，则进入升级状态，通过Intel FPGA的FLASH控制器IP核更新FPGA固件，若等待超时，则加载正常工作镜像。

上述方案中，通过MCU实现FPGA固件升级缺点是增加了硬件成本和电路板尺寸。

第二种方案只能在单独的在线升级程序中更新FPGA固件，限制了在线升级的灵活性，设备启动时需要等待在线更新指令超时，增加了设备启动时间。在FPGA固件更新的过程中，若发生传输错误、中途突然掉电等情况，可能导致设备固件损坏无法启动。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于Nios II软核的FPGA在线升级方法，以期能实现方便、稳定的FPGA在线升级功能，并在升级过程中发生意外时，能保证设备能够启动，并重新升级。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种基于Nios II软核的FPGA在线升级方法的特点是应用于由计算机，通信接口，FPGA和FLASH存储器所组成的装置中，并包括如下步骤：

步骤一、FPGA上电初始化，载入FLASH存储器中的FPGA启动镜像；

步骤二、所述FPGA启动镜像尝试载入FLASH存储器中的FPGA工作镜像，若载入成功，则执行步骤三至步骤五，若载入失败，则使能Nios II软核载入Nios II启动镜像，并等待接收指令，执行步骤四和步骤五；

步骤三、所述FPGA工作镜像使能Nios II软核，并利用看门狗定时器开始计时，Nios II软核载入Nios II工作镜像，若载入成功，则向FPGA发送信号，使得看门狗定时器停止计时，并等待接收指令；

若载入失败，则触发看门狗定时器的超时事件，使得FPGA重新回到所述FPGA启动镜像，并使能Nios II软核，载入Nios II工作镜像，等待接收指令；

步骤四、计算机通过所述通信接口向FPGA发送升级指令和升级数据，所述Nios II软核响应升级指令，并将所述升级数据写入到FLASH存储器中的对应位置；

步骤五、所述Nios II软核控制FPGA重新启动。