[发明专利]一种在线编程的FPGA可重构装置

说明书

技术领域

本发明涉及FPGA控制技术领域，具体来讲，涉及具有多种工作模式的系统中，通过对FPGA控制逻辑进行重构，选择其一种工作模式的在线编程的FPGA可重构装置。

背景技术

可重构体系结构指能够利用可重分配的硬件资源，根据不同的应用要求，灵活的改变自身的体系结构，以便为每个特定的应用需求提供与之相匹配的体系结构。

可重构系统就是利用FPGA的可重配置特性，完成对可重构体系结构的改变，即工作模式的重构，从而利用有限的硬件资源完成多种逻辑功能，这就是FPGA可重构系统的设计原理。所谓FPGA重配置，就是FPGA在掉电后配置数据会自动丢失，再次上电后必须重新配置FPGA，FPGA才能正常工作。传统的FPGA配置数据时，只要系统一上电，FPGA就会自动的从配置存储芯片中配置数据，就是说在任何时候，FPGA都掌控着配置芯片，用户无法在线进行干涉。

现有技术中，可重构装置采用单片机、CPLD等器件直接对FPGA器件进行编程配置，从而实现系统工作模式的可重构。这种可重构装置的设计是利用单片机等器件设计开发一个FPGA配置控制器，用于对FPGA工作程序的重新写入工作。并在系统中增加一个程序存储器，用来存储不同逻辑功能程序代码，不同逻辑功能对应的FPGA配置数据流文件通过编程存储到FPGA配置存储器的不同区域里。配置控制器控制不同逻辑功能对应的FPGA配置数据流配置到FPGA里。这样在系统工作过程中，用户可用依据自己的需求来调用自己所需要的不同逻辑功能程序，并利用FPGA配置控制器来配置到FPGA器件中，实现所需要的工作状态。这种FPGA的可重构装置设计的主要工作任务是完成FPGA配置控制器的设计工作，控制器的选择比较灵活，但设计过程比较复杂，而且需要大的存储空间去存储配置数据流，浪费了硬件资源，如果是对多个FPGA进行重构的话，需要的硬件资源也成倍的增加，显然不符合可重构设计初衷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种硬件结构简单的在线编程的FPGA可重构装置。

为实现上述目的，本发明的在线编程的FPGA可重构装置，包括FPGA，其特征在于，还包括：

一配置芯片，与FPGA连接，用于存储FPGA配置数据；FPGA上电或配置芯片中的FPGA配置数据更新后，FPGA下载配置芯片内的配置数据对FPGA的控制逻辑进行配置；

一配置芯片控制器，其输出控制nCONFIG、nCE与FPGA的nCONFIG、nCE连接，用于配置或编程过程中FPGA对配置芯片的控制权进行控制或释放；

一上位机，用于向DSP处理器发送重构命令和配置数据；

一DSP处理器，用于接收来自上位机的重构命令和配置数据，并与配置芯片控制器连接；

DSP处理器接收到重构命令后，发出控制选通命令字符串给配置芯片控制器，控制选通命令字符串经配置芯片控制器解析后将配置芯片控制器的nCONFIG信号线置为低电平，nCE信号线置为高电平，从而使FPGA释放对配置芯片的总线，不读取其中的配置程序数据；然后DSP处理器将接收到配置数据编程存入配置芯片中，当配置数据编程完毕后，配置芯片控制器的nCONFIG信号线置为高电平，nCE信号线置为低电平，从而使FPGA重新获得配置芯片的总线；FPGA获得配置芯片的控制权，检测到nCONFIG信号线的上升沿后，FPGA将下载配置芯片内的数据进行重新配置，从而完成FPGA的在线编程重构。

本发明的发明目的是这样实现的，一上位机，是任意一台个人计算机、工业计算机或嵌入式计算机，具有或可安装特定的发送例程模块，可通过计算机总线，如PCI总线，向DSP处理器发送重构命令和配置数据。将FPGA的配置程序文件看作一个“对象”，将所要完成的工作程序生成这样的一个“对象”，“对象”可以支持文件拷贝，或通过网络传送；然后由上位机的发送例程模块把这些“对象”，即配置数据包传送到DSP处理器，DSP处理器负责将配置数据做相应的时序转化和数据处理后，在配置芯片控制器的监控下把经过处理的配置文件数据下传编程到FPGA的配置芯片中，以此来完成FPGA器件的重新配置，既FPGA的重构。