fpga的远程升级研究及应用

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1、ResearchandApplicationofFPGARemoteUpgradeAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByXiongJieSupervisedbyAssociateProf.WangTaoSpecialty:OpticalEngineeringCollegeofPhysicsofChongqingUniversity,Ch

2、ongqingChinaMay,2013重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要随着FPGA（FieldProgrammableGateArray）的应用越来越广泛和基于SRAM工艺的FPGA通过修改配置存储器即可方便实现系统升级，设计人员一直在寻求实现FPGA系统升级尤其是系统远程升级的方案。目前已经提出了基于单片机、ARM、CPLD或者是主控FPGA的远程升级方案，但是这些方案都需要外部控制器对待配置FPGA芯片进行配置控制，增加了电路设计的复杂度和配置出错的几率，同时也提高了系统设计的成本。针对以上方案存在的不足

3、，本文提出了一种通过TCP/IP协议实现远程升级数据的传输，在单片FPGA芯片上实现系统升级的方案。对于本方案的研究，论文主要完成了以下的工作：（1）系统总体方案设计分析TCP/IP协议进行远程升级数据传输的软硬件需求，最终选用了嵌入式SOPC+μC/OS-II+LwIP的总体设计方案；并完成了SOPC片上系统的组建、μC/OS-II精简指令集实时操作系统和LwIP协议栈在NiosIICPU的移植；在eclipse软件中编写了相应的测试代码，通过JTAG调试工具在NiosIIconsole窗口显示测试结果，验证

4、了移植的正确性；（2）系统硬件平台设计分析了FPGA远程升级系统和自身功能系统的对资源的需求，对硬件电路进行了模块划分，并选择合适的芯片，在Altiumdesigner软件中完成了原理图设计、PCB电路图设计；对设计完成的电路板进行了焊接和测试，解决了设计中的问题，实现了硬件平台的正常工作；（3）以太网收发芯片IP核的设计用硬件描述语言设计了以太网收发芯片MAC子层通信的IP核代码，在Qsys工具中实现了IP组件的生成；在eclipse软件中，通过PC机与设计的IP组件进行通信，在NiosIIconsole窗口

5、中显示获取到的结果，从而验证了设计的正确性。（4）集成设计的各个部分，验证系统设计的功能把设计的各个功能部分集成在一个系统中，设计了远程系统升级的流程，编写了相关的测试代码，在实验室项目LED大屏幕控制系统中进行远程升级测试，结果成功实现了FPGA的远程升级。关键词：FPGA，可编程片上系统，μC/OS-II，LwIP，远程升级I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTAsFPGA(FieldProgrammableGateArray)isappliedmoreandmorewidelyandFPGAbas

6、edonSRAMprocesscanbeconvenientlyupgradedbymodifyingtheconfigurationmemory,designershavebeenseekingtoimplementFPGAsystemupgradeespeciallyremotesystemupgrade.Atpresent,theremoteupgradeschemesbasedonsinglechipmicrocomputer,ARM,CPLDorFPGAcontrollerhavebeenpropos

7、ed.ButthesesolutionsrequireanexternalcontrollertocontroltheFPGAchipconfigurationwhichnotonlyincreasetheprobabilityofconfigurationerrorandcomplexityofcircuitdesign,butalsoimprovethesystemdesigncost.Inordertoovercomethedeficienciesoftheaboveprograms,thispaperp

8、roposesaprogramusingTCP/IPprotocolforremoteupgradedatatransmissionandimplementingsystemupgradeinasingleFPGAchip.Inordertoachievethisprogram,thefollowingworkhasbeencompletedinthispaper:(1)Overall