本發(fā)明涉及可編程片上系統(tǒng)配置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種sopc程序遠(yuǎn)程更新系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

fpga是一種可編程邏輯器件，同時(shí)具有豐富可編程硬件資源和并行處理特性，大大提高了電子系統(tǒng)的通用性和靈活性。近年來，altera公司提出了sopc概念，將niosii微處理器、存儲(chǔ)器、通訊控制器、以及其他功能模塊等集成到fpga中，在單芯片中構(gòu)成全數(shù)字、多功能的sopc系統(tǒng)，在電機(jī)伺服控制、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用。但是，fpga大多是基于sram結(jié)構(gòu)的，在掉電情況下fpga內(nèi)的數(shù)據(jù)將丟失，需要非易失性存儲(chǔ)器來存放其配置文件。epcs器件屬于串行接口flash，通常用來存儲(chǔ)fpga的硬件配置文件和niosii的軟件映像文件。每次上電時(shí)，存儲(chǔ)器將硬件配置文件和軟件映像文件重新加載到fpga中，這就是通常所說的fpga配置過程。

當(dāng)前，嵌入式產(chǎn)品在投入使用階段由于多種原因需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行維護(hù)或者軟件升級(jí)，若使用傳統(tǒng)的jtag下載更新方式，需要企業(yè)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行召回處理，增加了維護(hù)成本。如果嵌入式產(chǎn)品放置在極端惡劣環(huán)境下，傳統(tǒng)的升級(jí)方式受到限制無法進(jìn)行。在許多場(chǎng)合下，系統(tǒng)希望能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)fpga的軟硬件程序進(jìn)行遠(yuǎn)程更新，甚至要求在存儲(chǔ)器中存放多份配置文件以便多功能切換需要。在有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，采用cpu+fpga系統(tǒng)架構(gòu)，但是，這種方案所需硬件資源較多，設(shè)計(jì)復(fù)雜且成本相對(duì)較高。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：現(xiàn)有技術(shù)硬件資源多成本相對(duì)較高、方法復(fù)雜且不靈活。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種sopc程序遠(yuǎn)程更新系統(tǒng)及方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種sopc程序遠(yuǎn)程更新方法，所述sopc程序遠(yuǎn)程更新方法包括以下步驟：

步驟一，編譯生成fpga的硬件配置文件和niosii的軟件映像文件后進(jìn)行合并，并轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制文件；

步驟二，niosii微處理器按照預(yù)置的通訊協(xié)議指令將外部通訊模塊傳來的應(yīng)用模式配置程序?qū)懭肫瑑?nèi)ram中暫存；

步驟三，niosii微處理器將epcs存儲(chǔ)器指定地址內(nèi)的數(shù)據(jù)擦除，并把片內(nèi)ram中暫存的配置程序燒錄到epcs存儲(chǔ)器的指定地址中；

步驟四，重新上電時(shí)，fpga首先進(jìn)入工廠模式，然后根據(jù)rsu專用電路的配置，自動(dòng)加載存儲(chǔ)在epcs存儲(chǔ)器中的相應(yīng)應(yīng)用模式配置程序中。

進(jìn)一步，步驟一中，轉(zhuǎn)換為一個(gè)直接燒錄、包含fpga硬件配置文件和niosii軟件映像文件的二進(jìn)制文件；所述二進(jìn)制為應(yīng)用模式配置程序；所述應(yīng)用模式配置程序傳輸過程中包含信息效驗(yàn)操作；每次通訊完成后都進(jìn)行crc效驗(yàn)，用于確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性；

步驟二中，niosii微處理器通過通訊模塊與上位機(jī)建立連接，按照預(yù)置的通訊協(xié)議指令將外部通訊模塊傳來的應(yīng)用模式配置程序?qū)懭肫瑑?nèi)ram中暫存；

步驟四中，當(dāng)遠(yuǎn)程更新失敗時(shí)，fpga加載工廠模式配置程序，用于系統(tǒng)正常工作，同時(shí)進(jìn)行下一次代碼遠(yuǎn)程更新。

進(jìn)一步，所述通訊模塊通過更新配置存儲(chǔ)器中的sopc軟硬件程序，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線更新，用于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下sopc系統(tǒng)維護(hù)、調(diào)試和升級(jí)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種sopc程序遠(yuǎn)程更新系統(tǒng)包括：

fpga模塊，用于進(jìn)入工廠模式，然后根據(jù)rsu專用電路的配置，自動(dòng)加載存儲(chǔ)在epcs存儲(chǔ)器中的相應(yīng)應(yīng)用模式配置程序；當(dāng)遠(yuǎn)程更新失敗時(shí)，通過加載工廠模式配置程序，用于系統(tǒng)正常工作，同時(shí)進(jìn)行下一次代碼遠(yuǎn)程更新；

epcs存儲(chǔ)器，與fpga模塊連接，用于存儲(chǔ)fpga的硬件配置文件和軟件映像文件；

eeprom存儲(chǔ)器，與fpga模塊連接，用于存儲(chǔ)配置過程中的啟動(dòng)參數(shù)；

通訊模塊，與fpga模塊通過通訊接口連接，用于上位機(jī)與fpga模塊的通訊。

進(jìn)一步，當(dāng)有配置程序需要更新時(shí)，上位機(jī)通過通訊模塊和fpga模塊將配置文件下載到epcs存儲(chǔ)器中，重新上電時(shí)，fpga模塊根據(jù)啟動(dòng)參數(shù)自動(dòng)加載存儲(chǔ)在epcs存儲(chǔ)器中的相應(yīng)配置程序。

進(jìn)一步，所述fpga模塊為由niosii微處理器、can控制器、片上ram、epcs控制器、rsu控制器、rsu專用電路、iic控制器、jtag控制器構(gòu)成；所述niosii微處理器、can控制器、片上ram、epcs控制器、rsu控制器、iic控制器、jtag控制器均通過片內(nèi)avalon總線相連；

所述niosii微處理器，用于與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交互，根據(jù)上位機(jī)的控制指令對(duì)can控制器、片上ram、epcs控制器、rsu控制器、iic控制器進(jìn)行操作；

所述can控制器，用于niosii微處理器與上位機(jī)的串行通訊；

所述片上ram，用于暫存遠(yuǎn)程更新數(shù)據(jù)；

所述epcs控制器，用于對(duì)epcs器件的擦除、燒錄和效驗(yàn)；

所述rsu控制器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)rsu專用電路的配置；

所述iic控制器，用于對(duì)eeprom器件的讀寫操作。

進(jìn)一步，所述epcs存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)區(qū)域包括：工廠模式配置程序區(qū)域和應(yīng)用模式配置程序區(qū)域；

所述工廠模式配置程序區(qū)域用于存儲(chǔ)工廠模式配置程序；

所述應(yīng)用模式配置程序區(qū)域用于存儲(chǔ)遠(yuǎn)程更新的應(yīng)用模式配置程序；

所述應(yīng)用模式配置程序區(qū)域有多個(gè)，用于存儲(chǔ)遠(yuǎn)程更新的多份應(yīng)用模式配置程序。

進(jìn)一步，所sopc程序遠(yuǎn)程更新系統(tǒng)還包括jtag接口模塊，jtag接口模塊與fpga模塊的jtag控制器通過片內(nèi)avalon總線相連；

所述工廠模式配置程序采用直接通過fpga模塊的jtag鏈為epcs存儲(chǔ)器下載配置程序，作為sopc程序遠(yuǎn)程更新的基礎(chǔ)代碼。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：

(1)sopc程序遠(yuǎn)程更新系統(tǒng)可以通過外部通訊模塊更新配置存儲(chǔ)器中的sopc軟硬件程序，避免拆卸產(chǎn)品，具有實(shí)時(shí)在線更新的優(yōu)點(diǎn)，適用于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下sopc系統(tǒng)維護(hù)、調(diào)試和升級(jí)；

(2)同時(shí)還省去了cpu處理器和大容量sdram存儲(chǔ)器，有效降低了硬件電路復(fù)雜度，提高了遠(yuǎn)程更新系統(tǒng)的效率和靈活性；

(3)即使遠(yuǎn)程更新失敗，fpga也能夠加載工廠模式配置程序，實(shí)現(xiàn)基本功能，并且可以實(shí)現(xiàn)下一次代碼遠(yuǎn)程更新，大大提高了系統(tǒng)安全性和可靠性；

(4)可存儲(chǔ)多份sopc系統(tǒng)配置程序，實(shí)現(xiàn)多功能的靈活切換，適應(yīng)不同條件下的使用需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的遠(yuǎn)程更新sopc系統(tǒng)(工廠模式)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的epcs存儲(chǔ)器內(nèi)配置程序分布圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的應(yīng)用模式下fpga模塊示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的配置程序傳輸過程流程圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的模式切換流程圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的模式切換關(guān)系圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的sopc程序遠(yuǎn)程更新方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：現(xiàn)有技術(shù)硬件資源多成本相對(duì)較高、方法復(fù)雜且不靈活。下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的sopc程序遠(yuǎn)程更新系統(tǒng),包括：fpga模塊、epcs存儲(chǔ)器、eeprom存儲(chǔ)器、通訊模塊和上位機(jī)，fpga模塊與epcs存儲(chǔ)器相連，fpga模塊與eeprom存儲(chǔ)器相連，fpga模塊與通訊模塊相連，通訊模塊與上位機(jī)相連；通訊模塊為fpga模塊與上位機(jī)的通訊接口，epcs存儲(chǔ)器存儲(chǔ)fpga的硬件配置文件和軟件映像文件，eeprom存儲(chǔ)器存儲(chǔ)配置過程中的啟動(dòng)參數(shù)；當(dāng)有配置程序需要更新時(shí)，上位機(jī)通過通訊模塊和fpga模塊將配置文件下載到epcs存儲(chǔ)器中，重新上電時(shí)，fpga模塊根據(jù)啟動(dòng)參數(shù)自動(dòng)加載存儲(chǔ)在epcs存儲(chǔ)器中的相應(yīng)配置程序。

所述fpga模塊指altera公司所有支持rsu專用電路的fpga芯片，在本實(shí)施例中，采用的是cyclonev系列fpga芯片5cefa7f31，所述通訊模塊為can接口電路。

所述fpga模塊為由niosii微處理器、can控制器、片上ram、epcs控制器、rsu控制器、rsu專用電路、iic控制器、jtag控制器構(gòu)成的sopc系統(tǒng)；所述niosii微處理器、can控制器、片上ram、epcs控制器、rsu控制器、iic控制器、jtag控制器通過片內(nèi)avalon總線相連；所述rsu控制器與rsu專用電路相連；所述can控制器與通訊模塊相連；所述epcs控制器與epcs存儲(chǔ)器相連；所述iic控制器與eeprom存儲(chǔ)器相連；所述niosii微處理器，用于與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交互，根據(jù)上位機(jī)的控制指令對(duì)can控制器、片上ram、epcs控制器、rsu控制器、iic控制器進(jìn)行操作；所述can控制器，用于實(shí)現(xiàn)niosii微處理器(fpga模塊)與上位機(jī)的串行通訊；所述片上ram，用于暫存遠(yuǎn)程更新數(shù)據(jù)；所述epcs控制器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)epcs器件的擦除、燒錄和效驗(yàn)；所述rsu控制器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)rsu專用電路的配置；所述iic控制器，用于對(duì)eeprom器件的讀寫操作。

如圖2所示，epcs存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)區(qū)域包括：工廠模式配置程序區(qū)域，應(yīng)用模式配置程序區(qū)域；工廠模式配置程序區(qū)域用于存儲(chǔ)工廠模式配置程序，地址開始于頁(yè)0的0x000000地址；應(yīng)用模式配置程序區(qū)域用于存儲(chǔ)遠(yuǎn)程更新的應(yīng)用模式配置程序，地址開始于頁(yè)1(2、3、…、n)的非零地址；應(yīng)用模式配置程序區(qū)域可以有多個(gè)，用于存儲(chǔ)遠(yuǎn)程更新的多份應(yīng)用模式配置程序。

本發(fā)明實(shí)施例提供的sopc程序遠(yuǎn)程更新系統(tǒng)還包括jtag接口模塊，jtag接口模塊與fpga模塊的jtag控制器相連，工廠模式配置程序采用直接通過fpga模塊的jtag鏈為epcs存儲(chǔ)器下載配置程序，作為sopc程序遠(yuǎn)程更新的基礎(chǔ)代碼。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種sopc程序遠(yuǎn)程更新方法，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用模式配置程序的遠(yuǎn)程更新，包括以下具體步驟：

步驟一，構(gòu)建需要遠(yuǎn)程更新的sopc系統(tǒng)，編譯生成fpga的硬件配置文件和niosii的軟件映像文件，把硬件配置文件和軟件映像文件進(jìn)行合并，并轉(zhuǎn)換為一個(gè)可以直接燒錄、包含fpga硬件配置文件和niosii軟件映像文件的二進(jìn)制文件(即應(yīng)用模式配置程序)；

本發(fā)明實(shí)施例中fpga模塊如圖3所示，由niosii微處理器、can控制器、片上ram、epcs控制器、iic控制器、bootloader、其他功能模塊構(gòu)成；所述niosii微處理器、can控制器、片上ram、epcs控制器、iic控制器功能如前所述，不再重復(fù)；所述bootloader，用于應(yīng)用模式fpga硬件配置完成后，從epcs存儲(chǔ)器的指定地址拷貝niosii的軟件映像文件并啟動(dòng)運(yùn)行；所述其他功能模塊，用于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用模式下的其他具體功能。

bootloader制作流程包括：修改altera公司提供的bootloader模板中的bootcopier_bsp_settings.tcl和advanced_boot_copier.c源文件，以匹配應(yīng)用模式sopc系統(tǒng)的啟動(dòng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在硬件描述層不斷從epcs存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)并拷貝至fpga并引導(dǎo)運(yùn)行的功能；將修改后的bootloader與應(yīng)用模式sopc系統(tǒng)共同編譯為應(yīng)用模式下的fpga硬件配置文件。

步驟二：niosii微處理器通過通訊模塊與上位機(jī)建立連接，按照預(yù)置的通訊協(xié)議指令將外部通訊模塊傳來的應(yīng)用模式配置程序?qū)懭肫瑑?nèi)ram中暫存；

步驟三：niosii微處理器將epcs存儲(chǔ)器指定地址內(nèi)的數(shù)據(jù)擦除，并把片內(nèi)ram中暫存的配置程序燒錄到epcs存儲(chǔ)器的指定地址中。

如圖4所示，本實(shí)施例根據(jù)預(yù)置的通訊協(xié)議指令的配置程序傳輸過程，具體包括以下步驟：

第一步：采用預(yù)置的can應(yīng)用層通訊協(xié)議，上位機(jī)請(qǐng)求遠(yuǎn)程更新開始，并設(shè)置epcs存儲(chǔ)器的開始燒錄地址；

第二步：采用短幀傳輸配置程序，fpga模塊收到后暫存至片上ram中；每傳輸256幀后，進(jìn)行一次crc效驗(yàn)；若效驗(yàn)通過，擦除epcs存儲(chǔ)器指定地址內(nèi)的數(shù)據(jù)，將片上ram中的暫存數(shù)據(jù)燒錄到epcs存儲(chǔ)器指定地址中；若效驗(yàn)未通過，請(qǐng)求上位機(jī)重新傳輸前256幀數(shù)據(jù)；

第三步：重復(fù)第二步，直至配置程序傳輸完畢，遠(yuǎn)程更新結(jié)束。

步驟四：重新上電時(shí)，fpga首先進(jìn)入工廠模式，然后根據(jù)rsu專用電路的配置，自動(dòng)加載存儲(chǔ)在epcs存儲(chǔ)器中的相應(yīng)應(yīng)用模式配置程序。

如圖5所示，重新上電后的程序加載過程，具體包括：fpga上電后首先進(jìn)入工廠模式，讀取eeprom存儲(chǔ)器中配置過程的啟動(dòng)參數(shù)，判斷是繼續(xù)留在工程模式以進(jìn)行下一次代碼的遠(yuǎn)程更新還是進(jìn)入應(yīng)用模式；若進(jìn)入應(yīng)用模式，將啟動(dòng)參數(shù)寫入到rsu專用電路中，并觸發(fā)其重新配置，以進(jìn)入相應(yīng)的應(yīng)用模式；當(dāng)進(jìn)入應(yīng)用模式失敗時(shí)，fpga將加載工廠模式配置程序，系統(tǒng)可以正常工作，同時(shí)可以進(jìn)行下一次代碼遠(yuǎn)程更新，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

如圖6所示，epcs存儲(chǔ)器中可以存儲(chǔ)多份應(yīng)用模式配置程序；通過修改eeprom存儲(chǔ)器中配置過程的啟動(dòng)參數(shù)，即可在重新上電后加載不同的應(yīng)用模式配置程序；從而容易實(shí)現(xiàn)多份應(yīng)用模式配置程序的切換。

如圖7所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的sopc程序遠(yuǎn)程更新方法，包括以下步驟：

s101：編譯生成fpga的硬件配置文件和niosii的軟件映像文件后進(jìn)行合并，并轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制文件；

s102：niosii微處理器按照預(yù)置的通訊協(xié)議指令將外部通訊模塊傳來的應(yīng)用模式配置程序?qū)懭肫瑑?nèi)ram中暫存；

s103：niosii微處理器將epcs存儲(chǔ)器指定地址內(nèi)的數(shù)據(jù)擦除，并把片內(nèi)ram中暫存的配置程序燒錄到epcs存儲(chǔ)器的指定地址中；

s104：重新上電時(shí)，fpga首先進(jìn)入工廠模式，然后根據(jù)rsu專用電路的配置，自動(dòng)加載存儲(chǔ)在epcs存儲(chǔ)器中的相應(yīng)應(yīng)用模式配置程序中。

s101中，轉(zhuǎn)換為一個(gè)直接燒錄、包含fpga硬件配置文件和niosii軟件映像文件的二進(jìn)制文件；所述二進(jìn)制為應(yīng)用模式配置程序；所述應(yīng)用模式配置程序傳輸過程中包含信息效驗(yàn)操作；每次通訊完成后都進(jìn)行crc效驗(yàn)，用于確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性；

s102中，niosii微處理器通過通訊模塊與上位機(jī)建立連接，按照預(yù)置的通訊協(xié)議指令將外部通訊模塊傳來的應(yīng)用模式配置程序?qū)懭肫瑑?nèi)ram中暫存；

s104中，當(dāng)遠(yuǎn)程更新失敗時(shí)，fpga加載工廠模式配置程序，用于系統(tǒng)正常工作，同時(shí)進(jìn)行下一次代碼遠(yuǎn)程更新。

所述通訊模塊通過更新配置存儲(chǔ)器中的sopc軟硬件程序，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線更新，用于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下sopc系統(tǒng)維護(hù)、調(diào)試和升級(jí)。

本發(fā)明的sopc程序遠(yuǎn)程更新系統(tǒng)可以通過外部通訊模塊更新配置存儲(chǔ)器中的sopc軟硬件程序，避免拆卸產(chǎn)品，具有實(shí)時(shí)在線更新的優(yōu)點(diǎn)，適用于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下sopc系統(tǒng)維護(hù)、調(diào)試和升級(jí)；同時(shí)還省去了cpu處理器和大容量sdram存儲(chǔ)器，有效降低了硬件電路復(fù)雜度，提高了遠(yuǎn)程更新系統(tǒng)的效率和靈活性；

即使遠(yuǎn)程更新失敗，fpga也能夠加載工廠模式配置程序，實(shí)現(xiàn)基本功能，并且可以實(shí)現(xiàn)下一次代碼遠(yuǎn)程更新，大大提高了系統(tǒng)安全性和可靠性；可存儲(chǔ)多份sopc系統(tǒng)配置程序，實(shí)現(xiàn)多功能的靈活切換，適應(yīng)不同條件下的使用需求。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。