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基于UDP的FPGA远程升级系统设计_陈某舟.pdf
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基于 UDP FPGA 远程 升级 系统 设计 陈某舟
年第期 基于 的 远程升级系统设计陈某舟(积成软件有限公司,南京 )摘要:设计并实现了基于 的 远程升级系统,包括完整的 工程和整套计算机上位机 程序。运行时,通过有线网络与计算机相连,在计算机上简单地操作上位机 程序即可实现 的在线升级烧写、热启动等功能。实际上,在没有网口只有串口的情况下,这套远程升级系统通过模式选择开关可以切换为串口模式,而计算机上位机 程序也相应切换为串口模式,通过串口实现 远程升级等功能。关键词:;远程升级;中图分类号:文献标识码:(,):,:;引言 远程升级的方式有很多种,与具体的 特性和硬件电路条件有关系。如 系列芯片,集成了 和 核,在运行的任意时刻,核直接把位流文件烧写到 即可实现位流的更新、升级,存储 位流的外置 甚至都不是必要的。如单板上有单片机与 适当连接,也可实现类似 的 位流更新、升级功能。但在很多时候,自运行,硬件电路并不具有类似 核或单片机的条件。这时外置 是必要的。远程升级就涉及到对这些外置 的操作。如果 内置单片机软核或硬核,可以在 内部使用软件 配合的方式通过外部的各种接口(例如网口)来操作外置 ,实现远程升级。如果 以“纯 ”的形式存在,硬件电路不具有类似 核或单片机的条件,也无内置单片机软核或硬核,则 远程升级所涉及的 、网口等操作都需要 代码来实现,而本文介绍的正是这种情况。应用背景很多以纯 为中心的应用,通常具有以太网通信功能。作为局部数据处理中心,与服务器或上位机程序通信。若 程序要升级,在这种情况下,通常的做法是断电开箱、接上专用的下载器、打开 软件、上电烧写、复位,不仅麻烦,而且有的情况下不允许断电或者开箱。基于 的 远程升级系统只需要打开上位机软件,带电插上一根网线,经过简单的操作,通过 的方式即可实现 的远程升级和热启动。系统原理基于 的 远程升级系统由上位机 程序、功能模块(接口控制逻辑 升级控制逻辑)构成(网口、网线等是默认的基本硬件条件),原理框图如图所示。敬请登录网站在线投稿()年第期 图基于 的 远程升级系统框图 接口控制逻辑 接口控制逻辑框图如图所示。从以太网发送的数据经过解包逻辑(帧头检测、类型识别、缓存、校验等)区分处理种有效数据:业务下行数据、升级下行数据、。业务上行数据、升级上行数据、应答、应答这种有效数据则经过时序控制后,经打包逻辑(缓存、校验和计算、增加帧头、计算等)从以太网发出。图 接口控制逻辑框图 接口控制逻辑的以太网收发数据接口通常是 接口。发送每个字节时,先发低位,再发高位;接收每个字节时,先收低位,再收高位。以太网标准规定的比特顺序如图所示。这里对应网络五层协议的第一层物理层。图以太网数据的比特顺序以太网帧格式()如图所示。这里对应网络五层协议的第二层数据链路层。收到以太网帧时,如果类型为 ,则为 报文,以太网帧的数据段为 协议数据。协议格式如图所示。这里对应网络五层协议的第三层网络层。图以太网帧格式图 协议格式分析 协议数据,如果协议字段等于,则 协议的数据部分为;如果协议字段等于,则 协议的数据部分为 。对应网络五层协议的第四层传输层,而 则可以认为对应传输层,也可以认为对应网络层。主要用于实现对 的 命令。命令使用了 的请求回显回显应答类型的报文,报文格式如图所示。图 报文格式如果是 ,则 协议的数据部分为 数据,视情况将 数据分发给主业务逻辑和升级控制逻辑。主业务逻辑和升级控制逻辑对应五层协议的第五层应用层。协议格式如图所示。伪首部是计算校验和用的,并不真实收发,其目的是让 两次检查数据是否已经正确到达目的地。图 协议格式收到以太网帧时,如果类型为 ,则为 报文。是必须的,上位机与 接口控制逻辑通信,要通过 的方式获取 地址,计算机将其缓存。协议格式如图所示。也对应网络五层协议的第三层网络层。年第期 图 协议格式以上是解包过程。经过时序控制的打包逻辑则是与之相反的过程。主业务逻辑主业务逻辑是 的具体功能逻辑,是整个升级系统存在的意义。它处理 接口控制逻辑解包发来的业务下行数据,同时将需要上传的业务数据发送给 接口控制逻辑。升级控制逻辑同主业务逻辑一样,升级控制逻辑处理 接口控制逻辑解包发来的下行数据,同时将需要上传的数据发送给 接口控制逻辑。升级控制逻辑是整个升级系统的基础。它需要对下行数据进行解析,把命令和数据区分开来。升级控制逻辑框图如图所示。图升级控制逻辑框图命令主要有几种:寄存器操作命令、操作命令、逻辑复位命令、热启动命令。寄存器包括 版本号寄存器、参考值寄存器、回读寄存器、操作状态寄存器等。上位机程序在对 进 行 升 级 前 后,可 对 源 位 流 文 件 进 行 计算,把结果写入 参考值寄存器。之后,上位机对 烧写到 中的位流进行回读,以便与源位流进行对比,在回读位流的过程中也可选择校验 ,直接与 参考值寄存器进行对比。逻辑复位命令很有用,在升级失败或者升级出现未知情况时,上位机可以向 发出升级逻辑复位命令,便于重新开始升级而不影响主业务逻辑。确认在线升级成功后,上位机可以向 发出热启动命令,在不改变 引脚状态的情况下启动 。指令解析出来的每条 操作指令都会生成 操作命令序列,依次写入命令 ,然后从命令 依次读出对 进行具体操作。升级涉及的 操作命令如图 所示。图 操作命令 上位机 程序上位机 程序初始化功能框图如图 所示。程序运行后,默认为网口模式(因为同时支持串口模式和网口模式)。在选择 网卡后,通信初始化,程序进入待发送、待接收状态。图 上位机 程序初始化发送的指令对应升级控制逻辑的指令解析。发送的数据位流对应升级控制逻辑向 烧写的数据位流。升级控制逻辑发出的回读数据位流、寄存器值、敬请登录网站在线投稿()年第期 结语本文提出的采用 的高可靠性存储系统,满足了航空航天领域遥测系统对数据记录器大容量、高速稳定、抗高过载的需求,创新采用了 存储芯片外挂方式,为了保证数据传输的高可靠性,将 的传输模式配置为 模式,整体平均存储速度高于 ,瞬间存储速度峰值可达 。通过信号源以及上位机对本系统进行了多次反复测试以及模拟实际工况测试,结果表明,本系统对高速以太网数据在保证一定存储速度的同时可以实现高可靠性存储,误码率远远优于 ,系统整体设计合理,满足设计指标以及需求。参考文献孙晓磊,王红亮,陈航 基于 的双 数据记录器设计与实现 电子测量技术,():王子懿,沈三民,杨峰,等 基于 的高速大容量存储与传输系统 电子测量技术,():李金强基于 的弹载高速多参数采集存储系统设计太原:中北大学,陈佳楠,马永涛,李松,等嵌入式存储器动态故障诊断数据压缩设计电子测量与仪器学报,():谭维凤,王淦,窦骄,等 采用 的新型小卫星大容量存储技术研究西北工业大学学报,():古月,姜威,刘跃泽,等 基于 的千兆以太网数据记录器设计测控技术,():周生奎,陈应兵,白云鹏 基于 的群延迟模拟技术研究与实现 国外电子测量技术,():彭宇,姬森展,于希明,等 语义分割网络的 加速计算方法综述仪器仪表学报,():孙巍,吕勇,马士全基于 系列的 阵列控制器设计与实现数据采集与处理,():胡科基于 的星上 控制器设计与实现武汉:华中科技大学,李菲,辛海华,张会新 基于 的高速固态存储系统设计与实现 电测与仪表,():侯天喜 基于 阵列的高速固态存储器的研究与设计 太原:中北大学,丁红晖,马游春,张衡,等 基于高速 阵列的视频存储系统设计仪表技术与传感器,():赖佳彬基于 的高速 阵列数据存储系统的设计与实现南京:南京理工大学,宋师军,吴宏斌,王存宝基于 的 路无线数据存储系统设计中北大学学报(自然科学版),():姜俊宏基于 阵列的高速大容量存储与传输系统 南京:南京理工大学,洪明森(硕士研究生)、张会新(副教授),主要研究方向为测试计量技术及仪器。通信作者:洪明森,。(责任编辑:薛士然收稿日期:)操作结果都会被上位机 程序的接收模块处理。接收模块为单独的线程,它回读数据位流时,将回读数据位流写入回读文件,以便进行读写文件对比。回读位流后接收模块会自动回读 计算的 ,并与上位机计算的 进行对比。烧写数据位流为单独的线程,它的生命周期是发送位流开始到结束。在发送位流前,它会检测文件类型(编码文件还是二进制编码文件)并进行相应的 计算和发送处理。计算值用于与 计算值对比。上位机 程序操作界面截图如图 所示。图 上位机 操作界面上位机 程序还支持一键自动升级,它实际上是发送模块 支 持 的 各 种 指 令 的 时 序 组 合,对 于 的位流文件,一键自动升级整个过程为 左右,包括寄存器操作、擦除、位流烧写、位流回读校验和热启动。结语在带网口的 应用中,当 主业务逻辑有变更时,采用基于 的 远程升级系统可以很方便地对其进行远程升级并热启动。参考文献 兆易创新 ,陈某舟(工程师),主要研究方向为 开发、硬件电路设计。通信作者:陈某舟,。(责任编辑:薛士然收稿日期:)

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