论文部分内容阅读
随着FPGA（Field Programmable GateArray）成本的不断降低，以及FPGA器件性能功耗比的不断提高，FPGA器件逐渐被广泛用于视频监控、移动通信、高速接口转换以及新型显示设备等大容量高速实时数据处理领域。目前主流的两家FPGA芯片厂商，ALTERA和XILINX的FPGA均是基于SRAM工艺，即是指FPGA的配置数据掉电均会丢失，重新上电时，FPGA需要从外部非易失存储器重新加载程序。FPGA的这种工作特性使得设计者可以通过修改非易失存储器内容来升级FPGA程序，同时如果系统具有远程通信接口，即可实现FPGA的远程程序升级。远程程序升级提高了FPGA设计的灵活性，缩短了FPGA系统的开发周期，同时还可以大大降低系统设计复杂度。因此在FPGA不断扩大应用的同时，工程师们在不断寻求各种实现FPGA远程程序升级的方案。目前已经提出了采用单片机，ARM等微控制器作为辅助配置器件来实现FPGA的远程升级方案。但是引入这些微控制器件，会扩大PCB面积，提高系统成本。本文研究了一种新型的FPGA远程程序升级方案以及该方案在LED大屏幕控制系统中的应用。该方案选用了ALTERA的最新的自带远程程序升级硬核的FPGA器件。同时本方案还充分利用现有LED大屏幕控制系统的特点，选用以太网作为FPGA的远程程序升级接口。对于研究本方案，本论文主要做了以下工作：1）设计了系统的总体设计方案从LED大屏幕控制系统对FPGA器件远程程序升级的需求出发，分析了原有LED大屏幕控制系统的特点，提出一种无需外部辅助器件的基于以太网的FPGA远程程序升级方案。2）详细分析了硬件模块特点，提出软件编程方案详细分析了LED大屏幕控制系统现有的硬件特点，最终选择了采用SOPC技术，以点对点的以太网通信方式实现FPGA升级程序的传输以及交互通信。3）设计并单独测试了各模块。采用Verilog语言设计了PHY控制器，RSU控制器等IP模块，同时在System-console环境下采用Tcl语言高效的测试了各IP模块。4）集成各模块，编写上位机软件，验证测试了本系统。将设计好的各个模块，集成到SOPC系统中，同时编写了NIOS2程序以及上位机远程配置软件，测试验证了本系统设计的正确性与稳定性。