多系统FPGA远程更新系统的设计与实现

摘要： 为了解决多系统FPGA远程更新的局限性，提出了一种基于SoC的多系统FPGA远程更新系统设计方法。应用以太网协议实现了上位机与SoC控制系统的信息交互，SoC芯片控制加载流程实现多系统FPGA远程更新。通过实际测试，验证了新方法的可行性、正确性。该方法有效解决了传统更新方法操作复杂、距离短、时间长等缺点，对工程应用具有重大意义。

0 引言

FPGA(Field Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列，具有资源丰富、接口资源多、并行逻辑处理能力强、可重复在线编程等特点，FPGA高效而灵活的处理方式使其在军事工业、工业控制、人工智能等很多领域得到广泛应用^[1-2]。Zynq系列SoC芯片作为Xilinx公司的全可编程片上系统，集成了ARM Cortex A9和Kintex-7系列FPGA，处理速度高至1 GHz，丰富的逻辑资源及强大的处理器在系统控制中起到关键作用^[3]。

传统的FPGA更新方法采用串行配置边界扫描(JTAG)来访问芯片并对FPGA的配置Flash进行编程，该方法受限于更新速度和操作距离，仅适用于本地更新^[4-5]。在多片FPGA的大型设备中，JTAG更新方法需要将每片FPGA连接到JTAG下载电缆进行程序更新，因此这种方法效率低下，局限性极大。装备于军事设备及置于人工不能操作的严苛环境下的设备中，传统的更新方式不能完成任务需求。

为了解决这些问题，FPGA远程更新已经有相关文献进行了研究，一种方法是利用FPGA内部的MCU软核进行相应的设计实现，在该方法中FPGA的MCU软核依存于FPGA配置程序中，需要预先加载程序，如果远程更新失败，整个系统面临瘫痪的风险^[4]。另一种方法是利用ARM或DSP作为加载控制器，该方法具有电路结构复杂、成本高、实现难度较大等缺点[6-8]。鉴于传统更新方式及现存方法的局限性，本文设计了一种基于SoC的多系统FPGA远程更新系统，并通过工程实现。