星载环境FPGA软件在轨重加载的一种方法

2012-07-23 13:48:12来源: 现代电子技术
   

摘要:FPGA在空间系统中已经广泛应用,为了满足系统可靠性和可扩展性的要求,实现FPGA软件的在轨重加载迫在眉睫。根据FPGA的加载配置原理,以Xilinx公司的Virtex-Ⅱ系列FPGA为实例,介绍了FPGA在轨重加载的硬件电路设计以及软件设计。经过实验室测试验证,该设计方法合理可行,满足星载环境下FPGA软件在轨编程及重加载的设计需求。
关键词:FPGA;在轨重加载;在轨编程;星载环境

0 引言
    FPGA已经广泛应用于星载信号处理系统中,然而其在空间环境中的可靠性设计是一个难题。一方面,FPGA软件可能受到外部空间环境影响而产生各种问题,特别是单粒子效应造成的FPGA程序出错,其导致的后果是严重的甚至是灾难性的;另一方面,当FPGA软件本身存在设计缺陷或者由于卫星系统改变应用需求时,若能实现星载环境下FPGA软件的远程更新升级,其软件系统的生命周期便可以得到延长,同时产生的经济效益也是不可估量的。
    为此,本文介绍一种星载环境下FPGA软件在轨重加载的方法,通过星上系统的1553B接口接收FPGA配置数据文件,在DSP和CPLD的控制下,灵活地实现FPGA程序的在轨编程及重加载。

1 FPGA加载原理
    基于SRAM工艺的FPGA由于在掉电后配置数据丢失,因此需要在上电后对其进行加载,而配置数据被保存在外部的非易失存储器中。
    Xilinx公司的Virtex-Ⅱ系列FPGA通过芯片配置管脚MODE PIN(M0,M1,M2),可以实现5种配置模式,详见表1。

a.JPG


   上述5种模式中,JTAG边界扫描模式具有最高的优先级,其加载方式是通过专用JTAG口对FPGA进行访问。SelectMAP模式实际上就是并行模式,其加载时的数据访问位宽为8 b,加载过程与串行模式相同。主模式和从模式的区别在于时钟是由FPGA自身提供,亦或是外部提供,当FPGA主动输出时钟时即为主模式,反之即为从模式。
    FPGA的配置过程如图1所示,主要由3个阶段8个步骤组成。FPGA在Slave SelectMAP模式下配置过程中使用的信号包括:PROG_B,INIT_ B,CCLK,CS_B,RDWR_B,DATA[0:7],BUSY,DONE,其时序关系如图2所示。

b.JPG

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关键字:在轨重加载  在轨编程  星载环境

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/0723/article_3075.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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