科创中国
基于ARM和FLASH的FPGA重配置系统
成果类型：: 新技术
发布时间: 2022-11-07 15:42:39
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：“科创中国”智能技术体系化应用专业科技服务团| 毕光元 | 2022-11-09 14:52:02
现场可编程门阵列(FPGA)其主要特点是完全由用户通过软件进行配置和编程，完成某种特定的功能，且可以反复擦写。在修改和升级时，不需额外地改变PCB电路板，只是在计算机上修改和更新程序，使硬件设计工作成为软件开发工作，缩短了系统设计的周期，提高了实现的灵活性并降低了研发成本，因此获得了广大硬件工程师的青睐。
集成电路都不可避免的会因为材料、设计、生产过程、封装工艺等方面的问题而存在一定的缺陷，这些缺陷的存在使得产品的可靠性水平不能达到设计的要求。老炼试验就是在电应力(电压或功率)或电-热综合应力的作用下，加速元器件内部的物理、化学反应，使得一些潜在缺陷被激活并暴露出来，以便剔除这些早期失效的产品和勉强合格的产品。
FPGA的可编程特性对老炼系统有着特殊要求：首先要能实现对FPGA的配置，由于FPGA的资源数量巨大，需要多次配置才能完全老炼考核，因此要求老炼系统能够对FPGA进行重配置。通过研究FPGA重配置技术，设计重配置系统，完善老炼试验系统，最终完成FPGA的老炼试验。Xilinx公司最先提出来FPGA的重配置技术，且其在这方面的研究水平处于世界领先的地位。
基于ARM和FLASH的FPGA重配置系统，该系统包括上位机软件、嵌入式控制器即ARM、Flash存储器、显示控制电路和被测FPGA即DUT；所有连接汇总到嵌入式控制器之中，通过手动控制和上位机的操作，实现嵌入式控制器和被测FPGA、Flash的双向通讯，进而实现FPGA的老炼重配置。
该系统可以实现FPGA的手动和自动重配置，通过切换配置电路对FPGA进行多次配置和老炼，可以保证比较高的资源覆盖率。通过将连线资源分类进行多次配置和老炼，基本能够实现连线资源的全覆盖老炼。
一种基于ARM和FLASH的FPGA重配置系统,该系统包括上位机软件,嵌入式控制器即ARM,Flash存储器,显示控制电路和被测FPGA即DUT;所有连接汇总到嵌入式控制器之中,通过手动控制和上位机的操作,实现嵌入式控制器和被测FPGA,Flash的双向通讯,进而实现FPGA的老炼重配置;本发明可以实现FPGA的手动和自动重配置,通过切换配置电路对FPGA进行多次配置和老炼,可以保证比较高的资源覆盖率.通过将连线资源分类进行多次配置和老炼,基本能够实现连线资源的全覆盖老炼.
北航工研院相关研发团队
随着科技的发展,FPGA在现实生活中的应用越来越广泛,但是目前对FPGA器件的重配置普遍都要将FPGA设备与电脑进行连接,再使用厂商提供的配置软件和配置器件对FPGA进行重配置。这种配置方式具有一定的局限性,需要在电脑的周边进行配置,只适用于实验室环境和比较平和、稳定的生产环境,当需要在非常恶劣且常剧烈变化的环境下时(如战争情况、野外作业环境等),就需要研究一种方便的配置方式。本设计的任务是运用口益发展的嵌入式技术,使用ARM对FPGA进行重配置,使FPGA重配置脱离专用配置软件,使得FPGA配置时不需要与电脑进行直接连接。可将配置文件预存在ARM的存储芯片中,使ARM系统连接到网络从远程服务器上下载配置文件来对FPGA进行重配置。在后期的设计中,对FPGA系统生成的配置文件进行处理(格式转换、加密、解密等),并将文件处理的方法推广到该类型的各个系列FPGA上去。这样一来,只要有配置文件就可以对FPGA进行配置,而不再需要将FPGA系统和实验电脑连接在一起。本论文具体完成的内容如下:首先,构建了NFS文件系统,使得基于ARM的嵌入式Linux系统能够与远程的Linux服务器进行连接,得到相应的FPGA配置文件。其次,设计了SPI配置模式下的相关电路,将ARM与FPGA的配置电路相连接,选用主SPI Flash模式,把ARM设定为主设备。
本成果可支持技术转让，技术合作，技术咨询等方式合作。
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