基于以太網(wǎng)的FPGA遠(yuǎn)程程序升級系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.pdf

1、隨著FPGA(Field Programmable Gate Array)成本的不斷降低，以及FPGA器件性能功耗比的不斷提高，F(xiàn)PGA器件逐漸被廣泛用于視頻監(jiān)控、移動(dòng)通信、高速接口轉(zhuǎn)換以及新型顯示設(shè)備等大容量高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域。目前主流的兩家FPGA芯片廠商，ALTERA和XILINX的FPGA均是基于SRAM工藝，即是指FPGA的配置數(shù)據(jù)掉電均會(huì)丟失，重新上電時(shí)，F(xiàn)PGA需要從外部非易失存儲(chǔ)器重新加載程序。FPGA的這種工作特性使

2、得設(shè)計(jì)者可以通過修改非易失存儲(chǔ)器內(nèi)容來升級FPGA程序，同時(shí)如果系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程通信接口，即可實(shí)現(xiàn)FPGA的遠(yuǎn)程程序升級。遠(yuǎn)程程序升級提高了FPGA設(shè)計(jì)的靈活性，縮短了FPGA系統(tǒng)的開發(fā)周期，同時(shí)還可以大大降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度。因此在FPGA不斷擴(kuò)大應(yīng)用的同時(shí)，工程師們在不斷尋求各種實(shí)現(xiàn)FPGA遠(yuǎn)程程序升級的方案。目前已經(jīng)提出了采用單片機(jī)，ARM等微控制器作為輔助配置器件來實(shí)現(xiàn)FPGA的遠(yuǎn)程升級方案。但是引入這些微控制器件，會(huì)擴(kuò)大PCB面積，

3、提高系統(tǒng)成本。本文研究了一種新型的FPGA遠(yuǎn)程程序升級方案以及該方案在LED大屏幕控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。該方案選用了ALTERA的最新的自帶遠(yuǎn)程程序升級硬核的FPGA器件。同時(shí)本方案還充分利用現(xiàn)有LED大屏幕控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，選用以太網(wǎng)作為FPGA的遠(yuǎn)程程序升級接口。對于研究本方案，本論文主要做了以下工作：
　　 1)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案從LED大屏幕控制系統(tǒng)對FPGA器件遠(yuǎn)程程序升級的需求出發(fā)，分析了原有LED大屏幕控制系統(tǒng)的特

4、點(diǎn)，提出一種無需外部輔助器件的基于以太網(wǎng)的FPGA遠(yuǎn)程程序升級方案。
　　 2)詳細(xì)分析了硬件模塊特點(diǎn)，提出軟件編程方案詳細(xì)分析了LED大屏幕控制系統(tǒng)現(xiàn)有的硬件特點(diǎn)，最終選擇了采用SOPC技術(shù)，以點(diǎn)對點(diǎn)的以太網(wǎng)通信方式實(shí)現(xiàn)FPGA升級程序的傳輸以及交互通信。
　　 3)設(shè)計(jì)并單獨(dú)測試了各模塊。
　　 采用Verilog語言設(shè)計(jì)了PHY控制器，RSU控制器等IP模塊，同時(shí)在System-console環(huán)境下采用Tc