[发明专利]基于文件压缩及非接触式的FPGA动态配置方法

说明书

技术领域

本发明属于数字信号处理领域，涉及一种FPGA动态配置方法，特别涉及一种基于文件压缩及非接触式的FPGA动态配置方法，可用于通信、图像处理、能源交通等领域。

背景技术

FPGA(Field Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA是一种可编程使用的信号处理器件，用户可通过改变配置信息对其功能进行定义，以满足设计需求。与传统数字电路系统相比，FPGA具有可编程、高集成度、高速和高可靠性等优点，通过配置器件内部的逻辑功能和输入、输出端口，将原来电路板级的设计放在芯片中进行，提高了电路性能，降低了印刷电路板设计的工作量和难度，有效提高了设计的灵活性和效率。可编程技术是FPGA的核心，采用不同类型的存储器实现可编程功能对FPGA器件的结构和性能有着巨大的影响，可编程技术主要分为3种。第一种是基于SRAM的编程技术，由于SRAM是易失性存储器，掉电后内部数据丢失，每次上电后必须重新配置，这样在正式使用时特别不方便，所以一般只在调试时使用；第二种是反熔丝编程技术，掉电后程序不会丢失，不过反熔丝技术只能一次性编程，无法重复编程，而且编程后器件良品率低，加上成本很高，所以一般只用于军工航天领域；第三种是FLASH编程技术，与以上两种编程技术相比，FLASH编程结合了非易失性和可重复编程的特点，上电后可自动配置FPGA，由于其适用于大多数情况，所以成为当下的主流配置方式。静态配置是指一次配置成功后，若想改变整个电路功能，必须断电后重新上电，下载新的配置文件，功能才能改变。动态配置是指在不需要断电的情况下，灵活改变FPGA的配置文件。随着通信系统的复杂化和功能多样化，很多系统需要在不同时刻实现不同的功能，静态配置已经不能满足要求，多数场合需要FPGA能够支持在线动态配置，从而动态的改变整个电路的功能。

目前对FPGA进行动态配置主要有以下几种方法：

第一种，用DSP芯片模拟FPGA配置时序，对FPGA进行动态配置。例如中国专利申请，授权公告号为CN102521065B，公开了一种FPGA动态加载配置文件的方法，将FPGA的Hardwarerst端口与PROG_B端口等电压连接，所述Hardwarerst端口为FPGA的一个闲置的I/O端口，所述PROG_B端口的电平状态决定FPGA是否重新加载配置文件；DSP通过控制所述Hardwarerst端口的输出信号来控制PROG_B端口的状态，在平台上电时，DSP控制FPGA加载配置文件，并控制FPGA进行自检，并根据FPGA的自检结果一旦发现FPGA工作异常则控制FPGA重新加载配置文件。此方法虽然可以实现FPGA的动态配置，不过需要用DSP做辅助处理，硬件实现复杂，成本高，而且配置文件未经过压缩，配置速率低。

第二种，用CPLD芯片模拟FPGA配置时序，对FPGA进行动态配置。例如2013年陈曦在通信技术2012年03期中题为“一种可靠的FPGA动态配置方法及实现”，提出一种基于CPU+CPLD的可靠的FPGA动态加载方法，其中CPU用于完成配置过程的控制，程序的加解密存储和读取，同时根据应用环境选择相应的FPGA程序。CPLD用于完成对FPGA的被动加载接口时序，同时完成对FPGA和DSP的看门狗功能。此方法虽然也可以实现动态配置，但是同样需要CPLD来模拟FPGA加载时序，硬件实现复杂，成本高，而且需要将FPGA板卡与CPU通过网线连接，灵活性差，也不适用于一些FPGA所在设备需要密封的场合。

可见现有的动态配置技术都有硬件复杂度高、配置速率低、灵活性差等缺陷，并且在正式使用中，很多测试设备都是被封装起来，设备的盖板不能轻易打开或移除，传统的方法必须打开设备或者通过与设备存在硬件连接，这样就存在很多不便。因此，找到一种基于文件压缩及非接触式的FPGA动态配置方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于文件压缩及非接触式的FPGA动态配置方法，用于解决现有动态配置中存在的硬件复杂度高、配置速度低和灵活性差的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于文件压缩及非接触式的FPGA动态配置方法，包括以下步骤：