《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于以太網(wǎng)的FPGA遠(yuǎn)程調(diào)試系統(tǒng)設(shè)計
2023年電子技術(shù)應(yīng)用第2期
官劍1，錢雪磊2，韓留軍1，薛培1，邵春偉1
1.無錫華普微電子有限公司，江蘇 無錫 214000；2.中科芯集成電路有限公司，江蘇 無錫 214000
摘要： 基于FPGA主控制器的系統(tǒng)，由于其高度定制化的特點，程序版本一旦固定，后期維護(hù)調(diào)試極其困難。系統(tǒng)采用FPGA MicroBlaze軟核處理器實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧，通過以太網(wǎng)傳輸升級文件，實現(xiàn)FPGA模塊的實時在線更新，完成遠(yuǎn)程調(diào)試所需的遠(yuǎn)程指令注入和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程上傳。該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)方式，能夠脫離傳統(tǒng)的調(diào)試方法，在設(shè)備現(xiàn)場人工不參與的情況下實現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備調(diào)試，減少了維護(hù)成本。采用該方法的系統(tǒng)具有可靠、配置速度快、無需重啟等特點，也可用于云計算、實時仿真等其他方向。
中圖分類號：TP273
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223113
中文引用格式： 官劍，錢雪磊，韓留軍，等. 基于以太網(wǎng)的FPGA遠(yuǎn)程調(diào)試系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(2)：115-120.
英文引用格式： Guan Jian，Qian Xuelei，Han Liujun，et al. Design of FPGA remote debugging system based on Internet[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(2)：115-120.
Design of FPGA remote debugging system based on Internet
Guan Jian1，Qian Xuelei2，Han Liujun1，Xue Pei1，Shao Chunwei1
1.Wuxi Hope Microelectronics Co.， Ltd.，Wuxi 214000， China； 2.China Key System&Integrated Circuit Co.，Ltd.，Wuxi 214000， China
Abstract： Due to highly customized feature, once the program of FPGA system is fixed, it is extremely difficult to keep maintenance. The system uses MicroBlaze processor to implement TCP/IP protocol stack, realizes the real-time online update of modules in FPGA system by upgrading files through Internet, and completes remote command injection and data upload for remote debugging. Based on ethernet mode, the system can be separated from the traditional debugging method, realize remote equipment debugging without manual participation on the equipment site, and reduce maintenance costs. The system has the characteristics of reliability, fast configuration, and no need to restart using this method, and can also be used in other directions such as cloud computing and real-time simulation.
Key words : FPGA；remote debugging；Internet；industrial control；dynamic reconfigurable

0　引言

    在工控領(lǐng)域，PLC系統(tǒng)配套的遠(yuǎn)程在線調(diào)試技術(shù)已經(jīng)非常成熟[1]，而以FPGA為核心的系統(tǒng)，市面上還未出現(xiàn)成熟的可遠(yuǎn)程在線調(diào)試的產(chǎn)品。當(dāng)FPGA系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，依然需要工程師到現(xiàn)場分析與調(diào)試。而FPGA動態(tài)可重構(gòu)技術(shù)是實現(xiàn)遠(yuǎn)程升級和調(diào)試的一種可行方法。

    FPGA動態(tài)可重構(gòu)指FPGA內(nèi)時序邏輯的發(fā)生不是通過調(diào)用芯片內(nèi)不同區(qū)域和不同邏輯的資源組合實現(xiàn)的，而是通過對FPGA全局或局部邏輯進(jìn)行動態(tài)重構(gòu)實現(xiàn)的[2]，其主要分為全局動態(tài)可重構(gòu)技術(shù)和部分動態(tài)可重構(gòu)技術(shù)。

    FPGA動態(tài)可重構(gòu)技術(shù)，有如下方法可實現(xiàn)：

    (1)采用外圍芯片，如ARM或CPU，通過JTAG或者selectMAP接口對FPGA進(jìn)行動態(tài)重構(gòu)[3]。該方法較靈活，但是系統(tǒng)中存在使用一個主控芯片，對成本、尺寸和功耗均有影響。

    (2)采用FPGA內(nèi)置的MicroBlaze或者ZYNQ系列的ARM對FPGA進(jìn)行全局動態(tài)重構(gòu)[4]。該方法較靈活，成本較低，但是該方法為全局重構(gòu)方式[5]，對Flash大小有限制，同時全局重構(gòu)方式是采用存儲于Flash update空間中的bin文件來完成FPGA更新功能，該bin文件所對應(yīng)的待更新FPGA程序為正式版程序，不適合遠(yuǎn)程調(diào)試時而使用的中間版調(diào)試程序。

    (3)在特殊領(lǐng)域中，采用部分局部可重構(gòu)技術(shù)，可實現(xiàn)FPGA內(nèi)SRAM區(qū)域動態(tài)重構(gòu)[6]，以避免特殊環(huán)境中FPGA可能發(fā)生的單粒子翻轉(zhuǎn)而影響到FPGA核心功能，但是其應(yīng)用領(lǐng)域較狹窄，不適合本研究所處的工控領(lǐng)域[7]。




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作者信息：

官劍1，錢雪磊2，韓留軍1，薛培1，邵春偉1

（1.無錫華普微電子有限公司，江蘇 無錫 214000；2.中科芯集成電路有限公司，江蘇 無錫 214000）




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