基于FPGA中IP核的EPCS与EPCQ存储器在线升级方法

技术领域

本发明涉及一种EPCS与EPCQ存储器在线升级方法，特别是涉及一种基于FPGA 中IP核的EPCS与EPCQ存储器在线升级方法。

背景技术

在系统设计中，对逻辑时序的控制性要求越来越高。因此，现场可编程门阵列 FPGA(Field Program Gates Array)在实际的设计中得到越来越多的应用。EPCS/EPCQ 存储器具有引脚少，可在线多次擦写，断电不丢失数据的优点，通常作为FPGA的程 序存储器使用。

在线升级又称在线编程，即可以在线更新EPCS/EPCQ存储器中的内容。一般来 说，将FPGA的程序代码烧写入EPCS/EPCQ存储器的方法有三种：1.通过USB-Blaster 等仿真器直接连接到电路板进行在线编程，但其不能脱离软件仿真环境、编程时需要 打开设备外壳等因素也很难适应远程在线编程的要求，而且仿真器也额外增加了成本； 2.采用专用的编程器进行离线编程，但这种方法操作复杂，且不能对EPCS/EPCQ存储 器的内容进行任意的在线编程；3.采用其他FPGA或者DSP等作为CPU来对 EPCS/EPCQ存储器进行在线编程。这种方法虽然可以对EPCS/EPCQ存储器远程在线 升级，但是也有它本身的弊端，随着设计专用性，在很多的电路板卡上越来越多的只 有一片FPGA，而没有其他的可编程器件，这样这种远程升级的方法就不再适用。

发明内容

为了克服现有EPCS与EPCQ存储器在线升级方法实用性差的不足，本发明提供 一种基于FPGA中IP核的EPCS与EPCQ存储器在线升级方法。该方法将EPCS/EPCQ 远程在线升级模块固化在FPGA中，通过上位机向FPGA发送EPCS/EPCQ的擦除命 令帧，读取FPGA的烧写文件并按232串口协议一帧一帧下发给FPGA，上位机向FPGA 发送Reconfig命令帧；FPGA中固化的EPCS/EPCQ远程在线升级模块，负责解析上 位机发送的命令帧，并根据命令将擦除指令按格式写入IP核中，或者接收到的串行的 有效数据进行串并转换后按格式写入IP核中，或者根据命令将Reconfig命令按格式写 入IP核中；FPGA中IP核接收写入其中的命令，按照命令对连接本片FPGA的 EPCS/EPCQ进行相应的操作。本发明方法只使用单独的一片FPGA，就可以完成自身 EPCS/EPCQ的在线升级，用户无需进入现场拆卸系统，实用性强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于FPGA中IP核的EPCS 与EPCQ存储器在线升级方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、将EPCS/EPCQ远程在线升级模块固化在FPGA中，FPGA利用编程环 境生成烧写文件。

步骤二、运行上位机，上位机读取步骤一中的烧写文件，向FPGA发送EPCS/EPCQ 擦除命令，并等待FPGA反馈擦除成功应答帧。

步骤三、FPGA收到EPCS/EPCQ的擦除命令后，将FPGA烧写文件长度信息寄 存下来，之后开始将擦除命令按相应的格式写入ALTASMI_PARALLEL中，然后开始 检查ALTASMI_PARALLEL的BUSY信号的输出，当BUSY信号变为低电平时，说 明擦除成功。擦除成功后，向上位机反馈擦除成功的应答帧。

步骤四、上位机收到擦除成功应答帧后，将烧写文件中的数据按232串口协议发 送一帧串行数据给FPGA，等待FPGA反馈升级完毕应答帧或下帧数据的请求帧。

步骤五、FPGA接收上位机发送的串行数据，进行串并转换，将转换后完整的本 帧数据和相应的首地址全部按格式写入ALTASMI_PARALLEL中，然后 ALTASMI_PARALLEL将数据写入EPCS/EPCQ中相应的地址中，完成后将BUSY信 号拉低，然后FPGA将烧写的数据进行校验，校验的方法为将此帧的首地址写入 ALTASMI_PARALLEL中，并给出读操作，将读出的数据与烧写的数据进行比较，一 致说明烧写正确。本帧数据烧写完毕后，判断整个文件是否烧写完毕，判断方法为比 较烧入EPCS/EPCQ存储器的文件长度与整个烧写文件长度是否相等，若相等则说明 烧写完毕，若不相等则说明烧写未完毕。如果烧写没有完毕，则向上位机反馈下帧数 据请求帧；若烧写完毕，则向上位机反馈升级完毕应答帧。

步骤六、上位机若收到下帧数据请求帧，则发送下一帧串行数据，并返回步骤五； 上位机若收到升级完毕应答帧，则向FPGA发送Reconfig命令帧，FPGA接收到 Reconfig命令后，将从新配置命令按格式写入ALTREMOTE_UPDATE中，然后FPGA 将按照Active Serial模式从EPCS/EPCQ中加载程序。加载成功后，新版的程序会将新 的版本号反馈给上位机。

步骤七、上位机接收到新程序的版本，确认无误后，远程在线升级过程完毕。

本发明的有益效果是：该方法将EPCS/EPCQ远程在线升级模块固化在FPGA中， 通过上位机向FPGA发送EPCS/EPCQ的擦除命令帧，读取FPGA的烧写文件并按232 串口协议一帧一帧下发给FPGA，上位机向FPGA发送Reconfig命令帧；FPGA中固 化的EPCS/EPCQ远程在线升级模块，负责解析上位机发送的命令帧，并根据命令将 擦除指令按格式写入IP核中，或者接收到的串行的有效数据进行串并转换后按格式写 入IP核中，或者根据命令将Reconfig命令按格式写入IP核中；FPGA中IP核接收写 入其中的命令，按照命令对连接本片FPGA的EPCS/EPCQ进行相应的操作。本发明 方法只使用单独的一片FPGA，就可以完成自身EPCS/EPCQ的在线升级，用户无需进 入现场拆卸系统，实用性强。对电路板卡来说，仅需要设计FPGA中的代码，不会影 响硬件设计。即使电路板卡上仅有一片FPGA可编程芯片，也可以完全实现远程在线 升级的操作，无需任何其他可编程芯片的帮助，大大减少了设计电路板卡的面积。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明基于FPGA中IP核的EPCS与EPCQ存储器在线升级方法的示意图。

图2是本发明基于FPGA中IP核的EPCS与EPCQ存储器在线升级方法的硬件连 接图。

图3是本发明基于FPGA中IP核的EPCS与EPCQ存储器在线升级方法的流程图。

具体实施方式

参照图1-3。本发明基于FPGA中IP核的EPCS与EPCQ存储器在线升级方法的 具体步骤如下：

首先对本实施例中的芯片型号进行介绍：FPGA芯片选用的是Altera公司的 EP3C120；存储器选用的是Altera公司的串行配置芯片EPCS64。

下面对远程在线升级中使用的编程环境以及IP核介绍：编程环境采用的是Quartus II8.1；ALTASMI_PARALLEL为可以直接连接访问EPCS的DATA、DCLK、nCS、 ASDI连接，并且按照EPCS的访问时序进行操作控制的IP核；ALTREMOTE_UPDATE 为可以进行配置FPGA加载的方式、加载时序、加载程序的地址以及加载程序时的看 门狗的IP核。

步骤一：FPGA利用编程环境生成烧写文件。本实施案例中是将烧写文件生成原 始配置数据Raw Programming Data(.rpd)文件。

步骤二：运行上位机，上位机读取步骤一中的烧写文件，向FPGA发送EPCS擦 除命令，其中包含FPGA烧写文件长度信息，随后等待FPGA反馈擦除成功应答帧。

步骤三：FPGA收到EPCS的擦除命令后，将FPGA烧写文件长度信息寄存下来， 步骤五中将利用该信息，开始将擦除命令按格式写入Active Serial Memory  Interface(ALTASMI_PARALLEL)Megafunction中，本实例中是直接给出全区擦除 (Bulk_erase)命令，然后开始检查ALTASMI_PARALLEL的BUSY信号的输出，如 果BUSY信号为高电平时，则继续等待直至其变为低电平，当BUSY信号变为低电平 时，说明擦除成功。擦除成功后，向上位机反馈擦除成功的应答帧。

步骤四：上位机收到擦除成功应答帧后，开始发送有效数据。本实例中是将烧写 文件中的数据按232串口协议发送一帧串行数据给FPGA，一帧有效的数据为256个 字节，该数据刚好为EPCS一页的大小，最后一帧数据不满256个字节按实际长度发 送。数据帧中还包括该帧数据在存储器中的首地址。随后等待FPGA反馈升级完毕应 答帧或下帧数据的请求帧。

步骤五：FPGA接收上位机发送的串行数据，进行串并转换，将转换后完整的本 帧数据(帧的实际数据长度)和相应的首地址全部按格式写入ALTASMI_PARALLEL 中，然后ALTASMI_PARALLEL将数据写入EPCS中相应的地址中，随后等待BUSY 信号拉低。BUSY信号拉低后说明此帧数据已经烧写完成。然后FPGA将烧写的数据 进行校验，校验的方法为将此帧的首地址写入ALTASMI_PARALLEL中，并给出读操 作，将读出的数据与烧写的数据进行比较，一致说明烧写正确，本实例中烧写校正错 误会重新烧写此帧，烧写正确后计数器会加上当前帧的长度。本帧数据烧写完毕后， 判断整个文件是否烧写完毕，本实例中是比较计数器与整个烧写文件长度是否相等， 若相等则说明烧写完毕，若不相等则说明烧写未完毕。如果烧写没有完毕，则向上位 机反馈下帧数据请求帧；若烧写完毕，则向上位机反馈升级完毕应答帧。

步骤六：上位机若收到下帧数据请求帧，则发送下一帧串行数据，并返回步骤五； 上位机若收到升级完毕应答帧，则向FPGA发送Reconfig命令帧，此实例中，FPGA 接收到Reconfig命令后，将从新配置命令按格式写入Remote System Upgrade (ALTREMOTE_UPDATE)Megafunction中，其他寄存器的设置为默认值，FPGA加载 程序的地址为0地址。然后FPGA将按照Active Serial(AS)模式从EPCS中加载程序。 加载成功后，新版的程序会将新的版本号反馈给上位机。本实例中新升级的程序的版 本号与旧程序的版本号是不相同的。

步骤七：上位机接收到新程序的版本，确认无误后，则在上位机界面上显示“在 线升级成功完成”，远程在线升级过程完毕。

研究人员采用本发明方法还对EPCS1、EPCS4、EPCS16、EPCS128、EPCQ128、 EPCQ256存储器进行了远程在线升级，结果良好。