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多系統FPGA遠程更新系統的設計與實現

2020年電子技術應用第8期

郝國鋒，朱琛，顧曉雪

中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇無錫214072

摘要： 為了解決多系統FPGA遠程更新的局限性，提出了一種基于SoC的多系統FPGA遠程更新系統設計方法。應用以太網協議實現了上位機與SoC控制系統的信息交互，SoC芯片控制加載流程實現多系統FPGA遠程更新。通過實際測試，驗證了新方法的可行性、正確性。該方法有效解決了傳統更新方法操作復雜、距離短、時間長等缺點，對工程應用具有重大意義。

關鍵詞： 多系統 SOC FPGA 遠程更新

中圖分類號： TN74
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200259
中文引用格式： 郝國鋒，朱琛，顧曉雪. 多系統FPGA遠程更新系統的設計與實現[J].電子技術應用，2020，46(8)：129-131，136.
英文引用格式： Hao Guofeng，Zhu Chen，Gu Xiaoxue. Design and implementation of multi-system FPGA remote update system[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(8)：129-131，136.

Design and implementation of multi-system FPGA remote update system

Hao Guofeng，Zhu Chen，Gu Xiaoxue

China Electronics Technology Group Corporation No.58 Research Institute，Wuxi 214072，China

Abstract： In order to solve the limitation of multi system FPGA remote update, a design method of multi-system FPGA remote update system based on SoC is proposed. Ethernet protocol is applied to realize the information interaction between the upper computer and SoC control system, and SoC chip controls the loading process to realize the remote update of multi system FPGA. The feasibility and correctness of the new method are verified by practical test. It effectively solves the shortcomings of traditional updating methods, such as complex operation, short distance and long time, and has great significance for engineering application.

Key words : multi-system；SoC；FPGA；remote update

0 引言

FPGA(Field Programmable Gate Array)即現場可編程門陣列，具有資源豐富、接口資源多、并行邏輯處理能力強、可重復在線編程等特點，FPGA高效而靈活的處理方式使其在軍事工業、工業控制、人工智能等很多領域得到廣泛應用^[1-2]。Zynq系列SoC芯片作為Xilinx公司的全可編程片上系統，集成了ARM Cortex A9和Kintex-7系列FPGA，處理速度高至1 GHz，豐富的邏輯資源及強大的處理器在系統控制中起到關鍵作用^[3]。

傳統的FPGA更新方法采用串行配置邊界掃描(JTAG)來訪問芯片并對FPGA的配置Flash進行編程，該方法受限于更新速度和操作距離，僅適用于本地更新^[4-5]。在多片FPGA的大型設備中，JTAG更新方法需要將每片FPGA連接到JTAG下載電纜進行程序更新，因此這種方法效率低下，局限性極大。裝備于軍事設備及置于人工不能操作的嚴苛環境下的設備中，傳統的更新方式不能完成任務需求。為了解決這些問題，FPGA遠程更新已經有相關文獻進行了研究，一種方法是利用FPGA內部的MCU軟核進行相應的設計實現，在該方法中FPGA的MCU軟核依存于FPGA配置程序中，需要預先加載程序，如果遠程更新失敗，整個系統面臨癱瘓的風險^[4]。另一種方法是利用ARM或DSP作為加載控制器，該方法具有電路結構復雜、成本高、實現難度較大等缺點[6-8]。鑒于傳統更新方式及現存方法的局限性，本文設計了一種基于SoC的多系統FPGA遠程更新系統，并通過工程實現。

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作者信息:

郝國鋒，朱琛，顧曉雪

(中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇無錫214072)

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