远程在线更新FPGA多版本程序的方法_朱道山.pdf

年第期 远程在线更新 多版本程序的方法朱道山（中国西南电子技术研究所，成都 ）摘要：研究了现有航空机载平台 芯片远程在线更新的两种方式，提出了一种全新的远程在线更新 多版本程序的方法。该方法采用 总线，通过 引导具有远程在线更新能力的 基础版本程序，实现 程序远程在线更新。该方法可靠性高，有效提高了 程序更新的速度。关键词：远程更新；总线；中图分类号：文献标识码：（，）：，：；引言随着航空综合化技术的发展，系统任务量成倍增加，实现的功能日益复杂，越来越多地选用 作为硬件模块的核心处理单元。利用现场可编程门阵列芯片具有可编程灵活性高、开发周期短、并行处理能力强的特点，把外围多个设备集成起来，采集外围设备的数据，处理和实现各种通信协议。处理器为系统的管理控制核心，负责整个系统的管理调度以及与上位机之间的通信。由于 器件基于 工艺，的程序无法自我保存，掉电后会丢失，一般都需要非易失的外部存储器对 配 置 程 序 进 行 存 储。在 系 统 上 电 后，将 配置程序从外部存储器载入到 内部运行。一般来说，单个 硬件模块因执行功能不同会编写多种不同版本的程序。在调试阶段，设计师通过 机连接 下载电缆的方式，即通过 接口调用 可执行程序 文件直接把程序加载到 内部运行，实现功能调试。但是在产品交付用户安装在机载平台上之后，接口就会变得不可见。此时要对 程序进行升级维护，就需要打开设备，取下 硬件模块，连接 接口小板，通过 连接的方式进行程序在线烧写。这样做，一方面费时费力，需要派出相关设计师前往用户所在地进行烧写；另一方面，产品交付后，频繁取出挂接 电缆，势必对硬件模块产生不利影响。鉴于上述情况，外部存储器具备远程更新能力变得尤为重 要。通 过 研 究 相 关 参 考 文 献 发 现，一 般 远程更新技术可采用两种方式实现。一种是利用 本身的逻辑资源实现对外部存储器的读写访问控制，接收外部专用处理器下发的待更新程序文件，写入到外部存储器，在系统上电后将更新后的程序文件加载到 内部运行。而利用 本身的逻辑资源接收待更新升级程序文件并写入外部存储器，一旦遇到升级失败，将无法再次升级，需要取下硬件模块，连接 电缆，在线烧写程序。同时，在功能程序中加入 外部存储器读写访问程序，该部分功能属于 平台软件，不属于功能软件范畴，这样会使平台软件与功能软件之间存在一定的耦合关系。另一种是利用复杂可编程逻辑器件 的可编程能力实现对 外部存储器的读写访问，接收来自串口外部处理器下发的待更新程序文件。通常，器件与串口外部处理器之间的通信速率相对较低，内部敬请登录网站在线投稿（）年第期 存储资源受限，会大幅增加与外部设备之间的交互次数，使得 远程更新时间大幅增加，对大型航空机载平台来说，包含几十甚至上百个 芯片，而且有的 芯片具有多个程序版本，一次升级，时间成本是非常高的。鉴于传统更新方式及现有方法的局限性，本文设计了一种基于 的远程在线更新 版本程序硬件架构方案，该方案具有数据传输速率高、容错能力强、软件耦合性低等优点。系统架构设计硬件框图如图所示，硬件由 芯片组成。采用 模块连接现场可编程逻辑门阵列（）和复杂可编程逻辑器件（）组成一个 程序加载控制单元，外部存储器选用 芯片作为 程序配置芯片。图远程在线更新 多版本程序硬件框图 软件设计软件采用模块化设计，组成框图如图所示，由 模块、模块、模块以及 组成。采用 组成一个 程序远程更新系统，外部存储器选用 。本设计中，中存储个程序版本，分别是基础版本、功能版本功能版本。其中，基础版本采用 在线烧写方式固化到 中，不支持远程更新，功能版本功能版本支持远程更新。作为远程在线更新系统的中枢单元，负责远程更新命 令 的 下 发，以 及 更 新 成 功 与 否 的 状 态 收 集，协 同 引导加载 基础版本，启动远程在线 多版本程序的流程。加载处理流程 加载处理流程如图所示。上电后，在复位完成后 加载处理流程进入初始状态，监测来自 芯片本地总线 总线输入。对送入的数据进行处理后，发送至 解析单元进行数据帧类型确认，若数据类型帧无效或者要更新 基础版本程序，则通过 响应回传单元上报 更新指令无效，然后返回初始状态。若数据帧类型有效，则设置 高位地址 指向 基础版本程序对应的 区块空间，并置 复位引脚 信号有效；在 初始化引脚 信号有效后，置 信号无效；在设定的超时时间内，若 启动信号 有效，则设置 高位地址 指向 待更新功能版本程序对应的 区块空间，并通过 响应回传单元上报 ，基础版本程序已加载成功。若在设定的超时时间内，启动信号 一直无效，则通过 响应回传单元上报 ，基础版本程序加载失败。加载处理流程 加载处理流程如图所示，在上电复位完成后，更新处理流程进入初始状态，收发单元对接收到的数据进行合并处理，待完整的一帧数据接收完毕后，输出 至数据解析单元。数据解析单元对接收到的数据包进行帧类型判定。若帧类型有误，则通过响应回传单元，上报 数据包类型有误；若帧类型正确，则将解析出来的数据文件校验 、数据帧校验 、待更新数据 输出至 校验单元。若 校验结果与数据帧校验 不同，则数据帧接收错误，通过响应回传单元上报 数据帧接收有误，执行数据帧重传操作。若同一个数据帧连续次接收错误，则 不再发起数据帧重传操作；若 校验结果与数据帧校验 相同，则数据帧接收正确。读写控制单元根据数据解析单元输入的当前数据帧序号 执行对应扇区的擦除操作。在确认扇区擦除完成后，执行扇区写操作；在当前扇区所有数据写入完成后，确认是否所有的扇区都已经写入完整数据，若未完成所有扇区写入数据操作，则通过响应回传单元上报 当前数据帧写入完成。收到当前数据帧写入完成响应后，采用上述方式依次将后续数据帧通过 发送至 基础版本程序。当所有扇区完成数据写入操作后，执行 读操作，读出本轮远程更新写入的所有数据，送至 校验单元。校验单元对 读写控制单元送入的 读出数据 进行 校验。若与数据解析单元送入的待更新数据文件校验 相同，则本轮更新数据文件有效，通过响应回传单元上报 本轮更新数据文件成功；若 校验值与数据解析单元送入的待更新数据文件校验 不同，则通过响应回传单元上报 本轮更新数据文件失败。年第期 图远程在线更新 多版本程序软件模块组成框图图 加载处理流程图 加载处理流程敬请登录网站在线投稿（）年第期 结语本文针对航空机载平台 芯片远程在线更新速率低下、与功能软件紧耦合的问题，提出一种采用 硬件架构，采用 引导加载 基础版本，基于 总线实现 多版本程序远程在线更新方案。该方案软件采用模块化设计，操作简单，已在相关型号工程中使用。参考文献林天静，阮翔，刘春基于 控制器的 在线加载功能设计电子技术应用，（）：李强，罗超，夏威，等 远程更新系统仪表技术与传感器，（）：郝国锋，朱琛，顾晓雪多系统 远程更新系统的设计与实现 电子技术应用，（）：，赵参，王小龙，郝国锋基于 的多 及 远程更 新 系 统 设 计电 子 设 计 工 程，（）：，徐晓康，邵俊波，赵晓宇，等基于 的单核 远程更新系统设计船电技术，（）：闫成亮，曹凤才，岳凤英基于 的远程程序并行固化设计 现代电子技术，（）：汪灏，张学森 一种基于串行方式的 远程加载电路 电子科学技术，（）：赵冬青，梁璠，上官鹏，等 一种基于 的 固件更新方法 电子设计工程，（）：袁君，李治辉，姚超 基于 通用快速的 配置方案通信技术，（）：朱道山（高级工程师），主要研究方向为信号处理、软件设计。通信作者：朱道山，。（责任编辑：薛士然收稿日期：）芯片和被动元件等组件的异常。首席战略官（）表示，他们的平台还可以评估其他问题，像是质量欠佳的焊盘，或是同一个卷带包装中的产品有不同的日期代码，操作员可以决定是否使用这些部件。平台还会在数据库中记录每个产品上焊接有哪些组件，如果一个产品因为电容器的焊接问题而被退货，制造商可以知道这一批电路板都用了哪些电容器，如果其他电容器的焊盘也有缺陷，制造商可以仅召回受影响的产品，而不是大批量进行召回。这样的精确追溯能力还可以减少电子垃圾。疫情期间，我们依然忙碌疫情期间的各种限制让整个产业停滞了很久，所以 年的进展也许更像是一时的假象。不过事实是，业界确实有很多新的公司、产品和平台在用创新的方式解决问题。也许在家工作是工程师们一直想要的效率提升法！本文授权来自本刊的合作伙伴 媒体集团，如果希 望 免 费 订 阅 的 英 文 在 线 内 容，请 访 问 ：。（责任编辑：芦潇静收稿日期：）首款 增强型智能加速度计提高“始终感知”应用的性能和能效意法半导体推出款内置先进处理引擎的加速度计，可提升传感器的自主工作能力，使系统能够更快地响应外部事件，同时降低功耗。和 采用意法半导体第三代 制造工艺，新增可编程功能，包括机器学习核心（）、先进有限状态机（）和增强型计步器。另外一款入门级加速度计 可用于要求不高的应用场景。款产品均配备了最新的行业标准 接口，用于检测事件的通用数字功能，以及在低采样频率下实现高准确度的抗混叠滤波器，能够以低到可忽略不计的功耗进行准确的手势检测。和 集成的 使人工智能（）算法能够可靠地检测人体活动，同时 进一步增强了活动识别的性能。两个功能相辅相成，让传感器能够自主处理数据，降低主处理器与传感器的交互操作和数据处理工作量，显著降低功耗，提高系统响应速度。此外，通过部署自适应自配置（）功能，加速度计可以独立调整自己的设置，例如，量程和频率，以进一步优化测量性能，充分利用每一毫安的功耗。还具有意法半导体独有的 感应通道，可感应周围静电环境的变化，提供存在检测和接近检测功能。该功能使开发人员能够提高用户界面控制、液体检测、心率监测器等生物识别感测应用的价值。在用户界面应用中，与加速度信号相结合，消除了两次点击和多次点击事件中潜在的错检。新款智能加速度计为先进的可穿戴设备、真无线立体声（）扬声器和耳机、智能手机、助听器、游戏控制器、智能手表、资产追踪器、机器人、物联网设备提供环境感知功能。这款产品均采用意法半导体最新的超低功耗架构，将固有的超低功耗技术与抗混叠滤波器相结合，可以提高应用性能，消除信号中的噪声。用户可以通过意法半导体的 模型库获得现成的 和 算法，实现复杂手势检测、资产跟踪等更多用例。