一种FPGA固件快速烧写的方法、装置、设备及可读介质与流程

一种fpga固件快速烧写的方法、装置、设备及可读介质
技术领域
1.本领域涉及计算机领域，并且更具体地涉及一种fpga固件快速烧写的方法、装置、设备及可读介质。


背景技术：

2.fpga全称为现场可编程门阵列，芯片内部包含丰富的可编程逻辑单元和布线资源，可通过软件的手段配置更改内部逻辑单元和互联结构，完成既定设计功能。fpga具有高可靠性、高并行处理能力及灵活的可编程性，被广泛应用在通信、医疗、工业互联网等方面。
3.根据fpga实现工艺的不同，可分为基于sram结构的fpga、基于反熔丝结构的fpga、基于flash结构的fpga。其中基于sram结构的fpga因其实现成本低、可大规模集成、较高的性能等优势被广泛应用，目前最大的两个fpga厂商altera公司和xilinx公司的fpga产品都是基于sram工艺来实现的。但其缺点是掉电后sram会失去所有配置，fpga每次上电都需要重新进行配置。一般将要实现电路的配置文件称为fpga的固件。
4.以xilinx公司的fpga为例，其上电固件文件加载方式分为主串、主并、从串、从并和selectmap加载。一般常用的加载方式为主串、主并和selectmap加载，其中主串或主并模式是由fpga提供时钟，从板载程序存储器读取固件文件，完成加载，slectmap加载是由外部控制器向板载程序存储器读取固件文件或从外部接口接受固件文件，转送给fpga完成加载。可见fpga应用时基本都需要外部程序存储器用来存储配置文件，而对于较大规模的fpga，其配置文件一般较大，基本全部采用spi或bpi接口的flash作为程序存储器。
5.对于固件的烧写，一般采用jtag接口烧写的方式。fpga厂商会提供一套完备的烧写工具套件及指导文件，用户按照指导文件进行程序存储及对外互联接口相关的电路设计。固件烧写时，通过usb
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jtag下载线连接上位机烧写工具和硬件板载fpga，将固件烧写至程序存储器。目前，随着fpga规模越来越大，fpga固件的数据量也随之变大，采用jtag接口烧写过程中，固件写入后会回读到上位机进行校验，固件烧写过程中数据传输量翻倍。受限于jtag较低的数据传输速率，大规模fpga的固件烧写时间一般都在20分钟以上，且usb
‑
jtag下载线容易受到外界干扰，导致固件烧写失败，以上都严重影响了fpga固件的烧写效率。在一些特殊的应用中，整机对固件烧写时间有严苛要求或者无法连接jtag下载线的情况下，这种传统的固件烧写方法都无法满足要求。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种fpga固件快速烧写的方法、装置、设备及可读介质，通过使用本发明的技术方案，能够实现fpga固件快速烧写，大大提高了固件烧写速度，同时提高了fpga固件烧写的灵活性，可有效应用于对空间和时间有特殊要求的应用场景中。
7.基于上述目的，本发明的实施例的一个方面提供了一种fpga固件快速烧写的方法，包括以下步骤：
8.判断接收到的数据是否为固件升级指令；
9.响应于接收到的数据是固件升级指令，将本次要写入固件的数据擦除并将后续接收到的数据进行缓存；
10.响应于缓存的数据达到阈值大小，开始将缓存的数据全部写入到固件中；
11.响应于缓存的数据全部写入固件完成，读取写入到固件中的数据并根据读取到的数据判断固件烧写是否成功。
12.根据本发明的一个实施例，判断接收到的数据是否为固件升级指令包括：
13.将接收到的数据进行解析，判断解析后的内容中是否包含固件升级指令；
14.响应于解析后的内容中包含固件升级指令，确定接受到的数据为固件升级指令。
15.根据本发明的一个实施例，响应于接收到的数据是固件升级指令，将本次要写入固件的数据擦除并将后续接收到的数据进行缓存包括：
16.响应于接收到的数据是固件升级指令，将本次要写入固件的地址数据进行擦除；
17.将再次接受到的数据进行缓存。
18.根据本发明的一个实施例，阈值大小为256b。
19.根据本发明的一个实施例，响应于缓存的数据全部写入固件完成，读取写入到固件中的数据并根据读取到的数据判断固件烧写是否成功包括：
20.读取写入到固件中的数据并计算读取到的数据的crc(cyclic redundancy check，循环冗余校验)；
21.计算缓存中全部数据的crc，并将缓存中全部数据的crc与读取到的数据的crc进行对比；
22.响应于缓存中全部数据的crc与读取到的数据的crc相同，判断为固件烧写成功。
23.根据本发明的一个实施例，还包括：
24.响应于缓存中全部数据的crc与读取到的数据的crc不相同，判断为固件烧写失败。
25.根据本发明的一个实施例，还包括：
26.响应于固件烧写失败，将写入固件的地址数据进行擦除。
27.本发明的实施例的另一个方面，还提供了一种fpga固件快速烧写的装置，装置包括：
28.判断模块，判断模块配置为判断接收到的数据是否为固件升级指令；
29.缓存模块，缓存模块配置为响应于接收到的数据是固件升级指令，将本次要写入固件的数据擦除并将后续接收到的数据进行缓存；
30.写入模块，写入模块配置为响应于缓存的数据达到阈值大小，开始将缓存的数据全部写入到固件中；
31.读取模块，读取模块配置为响应于缓存的数据全部写入固件完成，读取写入到固件中的数据并根据读取到的数据判断固件烧写是否成功。
32.本发明的实施例的另一个方面，还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括：
33.至少一个处理器；以及
34.存储器，存储器存储有可在处理器上运行的计算机指令，指令由处理器执行时实现上述任意一项方法的步骤。
35.本发明的实施例的另一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任意一项方法的步骤。
36.本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的fpga固件快速烧写的方法，通过判断接收到的数据是否为固件升级指令；响应于接收到的数据是固件升级指令，将本次要写入固件的数据擦除并将后续接收到的数据进行缓存；响应于缓存的数据达到阈值大小，开始将缓存的数据全部写入到固件中；响应于缓存的数据全部写入固件完成，读取写入到固件中的数据并根据读取到的数据判断固件烧写是否成功的技术方案，能够实现fpga固件快速烧写，大大提高了固件烧写速度，同时提高了fpga固件烧写的灵活性，可有效应用于对空间和时间有特殊要求的应用场景中。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
38.图1为根据本发明一个实施例的fpga固件快速烧写的方法的示意性流程图；
39.图2为根据本发明一个实施例的fpga固件快速烧写的系统的示意图
40.图3为根据本发明一个实施例的fpga固件快速烧写的装置的示意图；
41.图4为根据本发明一个实施例的计算机设备的示意图；
42.图5为根据本发明一个实施例的计算机可读存储介质的示意图。
具体实施方式
43.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
44.基于上述目的，本发明的实施例的第一个方面，提出了一种fpga固件快速烧写的方法的一个实施例。图1示出的是该方法的示意性流程图。
45.如图1中所示，该方法可以包括以下步骤：
46.s1判断接收到的数据是否为固件升级指令。
47.实时接收外部输入数据，对数据进行指令解析，判断解析后的数据是否为固件升级指令，若未解析到固件升级指令，则返回继续接收数据并进行解析。
48.s2响应于接收到的数据是固件升级指令，将本次要写入固件的数据擦除并将后续接收到的数据进行缓存。
49.若成功解析到固件升级指令，则开始启动固件升级，并发送flash擦除指令，将要写入固件的地址数据擦除，将后续接收到的数据视为固件数据发送给数据缓存模块进行缓存。
50.s3响应于缓存的数据达到阈值大小，开始将缓存的数据全部写入到固件中。
51.数据不断在缓存模块中进行缓存，当缓存超过了阈值大小，阈值大小为256b，即当数据缓存大于256b时，则将数据缓存模块中的数据读出写入固件中，固件数据发送完毕会接收到固件数据发送完毕的指令，需要将指令前的全部数据都写入到固件中。
52.s4响应于缓存的数据全部写入固件完成，读取写入到固件中的数据并根据读取到的数据判断固件烧写是否成功。
53.全部数据写入固件完毕后，将刚写入的固件数据读回，发送给数据校验模块完成回读数据的crc计算，并将计算结果与接收到的固件数据crc进行比对，确定写入的固件数据是否完全正确，若比对完全一致，说明固件烧写成功，产生固件烧写成功状态指示，若比对不一致，说明固件烧写失败，产生固件烧写失败状态指示，同时将刚写入固件的地址段进行擦除。
54.通过本发明的技术方案，能够实现fpga固件快速烧写，大大提高了固件烧写速度，同时提高了fpga固件烧写的灵活性，可有效应用于对空间和时间有特殊要求的应用场景中。
55.在本发明的一个优选实施例中，判断接收到的数据是否为固件升级指令包括：
56.将接收到的数据进行解析，判断解析后的内容中是否包含固件升级指令；
57.响应于解析后的内容中包含固件升级指令，确定接受到的数据为固件升级指令。
58.在本发明的一个优选实施例中，响应于接收到的数据是固件升级指令，将本次要写入固件的数据擦除并将后续接收到的数据进行缓存包括：
59.响应于接收到的数据是固件升级指令，将本次要写入固件的地址数据进行擦除；
60.将再次接受到的数据进行缓存。
61.在本发明的一个优选实施例中，阈值大小为256b。
62.在本发明的一个优选实施例中，响应于缓存的数据全部写入固件完成，读取写入到固件中的数据并根据读取到的数据判断固件烧写是否成功包括：
63.读取写入到固件中的数据并计算读取到的数据的crc；
64.计算缓存中全部数据的crc，并将缓存中全部数据的crc与读取到的数据的crc进行对比；
65.响应于缓存中全部数据的crc与读取到的数据的crc相同，判断为固件烧写成功。
66.在本发明的一个优选实施例中，还包括：
67.响应于缓存中全部数据的crc与读取到的数据的crc不相同，判断为固件烧写失败。
68.在本发明的一个优选实施例中，还包括：
69.响应于固件烧写失败，将写入固件的地址数据进行擦除。全部数据写入固件完毕后，将刚写入的固件数据读回，发送给数据校验模块完成回读数据的crc计算，并将计算结果与接收到的固件数据crc进行比对，确定写入的固件数据是否完全正确，若比对完全一致，说明固件烧写成功，产生固件烧写成功状态指示，若比对不一致，说明固件烧写失败，产生固件烧写失败状态指示，同时将刚写入固件的地址段进行擦除。
70.可以使用如图2所示的系统完成上述方法，如图2所示，该系统包括外部数据接收模块、数据缓存模块、读写控制逻辑模块、数据校验模块和qspi驱动模块，各个模块的实现及作用如下：
71.外部数据接收模块能够与外部处理器连接，完成输入数据接收，并完成数据内容的解析，判断是否接收到固件升级指令，并将后续固件数据发送给下级模块。外部输入接口可根据具体情况采用pcie、srio、以太网或uart等，该模块与外部的交换接口设计为标准
axi总线接口，方便与多种总线ip进行对接，当接口不匹配无法对接时，此时需要对该模块的外部输入接口部分做定制化处理；
72.数据缓存模块能够完成固件数据的缓存，考虑到spi flash的写入时，需要首先发送指令后在发送要写入的数据，为提高spi接口的写入效率，flash写入采用page写方式，以美信公司的mt25qu型flash为例，其page大小为256b，因此需要将固件数据缓存大于256b时开始写入；
73.读写控制逻辑模块能够完成flash读写擦控制状态机跳转，当接收到固件烧写指令或探测到固件烧写失败的状态指示时，向下级模块发送flash擦除指令，当数据缓存模块数据大于256b时，向下级模块发送flash page写指令以及要写入的固件数据；当固件数据全部写入后，接收到固件数据发送完毕指令后，向下级模块发送flash快速读，将写入数据读出，发送给数据校验模块进行校验；
74.数据校验模块将从flash回读的数据进行crc计算后与接收到的固件数据crc进行比对，并根据校验结果产生固件升级状态指示信息；
75.qspi驱动模块根据上级发送的操作指令，完成对spi flash的读写擦操作。为了提高固件烧写速率，spi操作采用四线双沿模式，时钟频率为50mhz。
76.通过本发明的技术方案，能够实现fpga固件快速烧写，大大提高了固件烧写速度，同时提高了fpga固件烧写的灵活性，可有效应用于对空间和时间有特殊要求的应用场景中。
77.需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，上述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中存储介质可为磁碟、光盘、只读存储器(read
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only memory，rom)或随机存取存储器(random access memory，ram)等。上述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。
78.此外，根据本发明实施例公开的方法还可以被实现为由cpu执行的计算机程序，该计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。在该计算机程序被cpu执行时，执行本发明实施例公开的方法中限定的上述功能。
79.基于上述目的，本发明的实施例的第二个方面，提出了一种fpga固件快速烧写的装置，如图3所示，装置200包括：
80.判断模块，判断模块配置为判断接收到的数据是否为固件升级指令。
81.实时接收外部输入数据，对数据进行指令解析，判断解析后的数据是否为固件升级指令，若未解析到固件升级指令，则返回继续接收数据并进行解析。
82.缓存模块，缓存模块配置为响应于接收到的数据是固件升级指令，将本次要写入固件的数据擦除并将后续接收到的数据进行缓存。
83.若成功解析到固件升级指令，则开始启动固件升级，并发送flash擦除指令，将要写入固件的地址数据擦除，将后续接收到的数据视为固件数据发送给数据缓存模块进行缓存。
84.写入模块，写入模块配置为响应于缓存的数据达到阈值大小，开始将缓存的数据全部写入到固件中。
85.数据不断在缓存模块中进行缓存，当缓存超过了阈值大小，阈值大小为256b，即当数据缓存大于256b时，则将数据缓存模块中的数据读出写入固件中，固件数据发送完毕会接收到固件数据发送完毕的指令，需要将指令前的全部数据都写入到固件中。
86.读取模块，读取模块配置为响应于缓存的数据全部写入固件完成，读取写入到固件中的数据并根据读取到的数据判断固件烧写是否成功。
87.全部数据写入固件完毕后，将刚写入的固件数据读回，发送给数据校验模块完成回读数据的crc计算，并将计算结果与接收到的固件数据crc进行比对，确定写入的固件数据是否完全正确，若比对完全一致，说明固件烧写成功，产生固件烧写成功状态指示，若比对不一致，说明固件烧写失败，产生固件烧写失败状态指示，同时将刚写入固件的地址段进行擦除。
88.基于上述目的，本发明实施例的第三个方面，提出了一种计算机设备。图4示出的是本发明提供的计算机设备的实施例的示意图。如图4所示，本发明实施例包括如下装置：至少一个处理器s21；以及存储器s22，存储器s22存储有可在处理器上运行的计算机指令s23，指令由处理器执行时实现以下方法步骤：
89.判断接收到的数据是否为固件升级指令；
90.响应于接收到的数据是固件升级指令，将本次要写入固件的数据擦除并将后续接收到的数据进行缓存；
91.响应于缓存的数据达到阈值大小，开始将缓存的数据全部写入到固件中；
92.响应于缓存的数据全部写入固件完成，读取写入到固件中的数据并根据读取到的数据判断固件烧写是否成功。
93.在本发明的一个优选实施例中，判断接收到的数据是否为固件升级指令包括：
94.将接收到的数据进行解析，判断解析后的内容中是否包含固件升级指令；
95.响应于解析后的内容中包含固件升级指令，确定接受到的数据为固件升级指令。
96.在本发明的一个优选实施例中，响应于接收到的数据是固件升级指令，将本次要写入固件的数据擦除并将后续接收到的数据进行缓存包括：
97.响应于接收到的数据是固件升级指令，将本次要写入固件的地址数据进行擦除；
98.将再次接受到的数据进行缓存。
99.在本发明的一个优选实施例中，阈值大小为256b。
100.在本发明的一个优选实施例中，响应于缓存的数据全部写入固件完成，读取写入到固件中的数据并根据读取到的数据判断固件烧写是否成功包括：
101.读取写入到固件中的数据并计算读取到的数据的crc；
102.计算缓存中全部数据的crc，并将缓存中全部数据的crc与读取到的数据的crc进行对比；
103.响应于缓存中全部数据的crc与读取到的数据的crc相同，判断为固件烧写成功。
104.在本发明的一个优选实施例中，还包括：
105.响应于缓存中全部数据的crc与读取到的数据的crc不相同，判断为固件烧写失败。
106.在本发明的一个优选实施例中，还包括：
107.响应于固件烧写失败，将写入固件的地址数据进行擦除。
108.基于上述目的，本发明实施例的第四个方面，提出了一种计算机可读存储介质。图5示出的是本发明提供的计算机可读存储介质的实施例的示意图。如图5所示，计算机可读存储介质存储s31有被处理器执行时执行以下方法的计算机程序s32：
109.判断接收到的数据是否为固件升级指令；
110.响应于接收到的数据是固件升级指令，将本次要写入固件的数据擦除并将后续接收到的数据进行缓存；
111.响应于缓存的数据达到阈值大小，开始将缓存的数据全部写入到固件中；
112.响应于缓存的数据全部写入固件完成，读取写入到固件中的数据并根据读取到的数据判断固件烧写是否成功。
113.在本发明的一个优选实施例中，判断接收到的数据是否为固件升级指令包括：
114.将接收到的数据进行解析，判断解析后的内容中是否包含固件升级指令；
115.响应于解析后的内容中包含固件升级指令，确定接受到的数据为固件升级指令。
116.在本发明的一个优选实施例中，响应于接收到的数据是固件升级指令，将本次要写入固件的数据擦除并将后续接收到的数据进行缓存包括：
117.响应于接收到的数据是固件升级指令，将本次要写入固件的地址数据进行擦除；
118.将再次接受到的数据进行缓存。
119.在本发明的一个优选实施例中，阈值大小为256b。
120.在本发明的一个优选实施例中，响应于缓存的数据全部写入固件完成，读取写入到固件中的数据并根据读取到的数据判断固件烧写是否成功包括：
121.读取写入到固件中的数据并计算读取到的数据的crc；
122.计算缓存中全部数据的crc，并将缓存中全部数据的crc与读取到的数据的crc进行对比；
123.响应于缓存中全部数据的crc与读取到的数据的crc相同，判断为固件烧写成功。
124.在本发明的一个优选实施例中，还包括：
125.响应于缓存中全部数据的crc与读取到的数据的crc不相同，判断为固件烧写失败。
126.在本发明的一个优选实施例中，还包括：
127.响应于固件烧写失败，将写入固件的地址数据进行擦除。
128.此外，根据本发明实施例公开的方法还可以被实现为由处理器执行的计算机程序，该计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。在该计算机程序被处理器执行时，执行本发明实施例公开的方法中限定的上述功能。
129.此外，上述方法步骤以及系统单元也可以利用控制器以及用于存储使得控制器实现上述步骤或单元功能的计算机程序的计算机可读存储介质实现。
130.本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。
131.在一个或多个示例性设计中，功能可以在硬件、软件、固件或其任意组合中实现。如果在软件中实现，则可以将功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质来传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，该通信介质包括有助于将计算机程序从一个位置传送到另一个位置的任何介质。存储介质可以是能够被通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为例子而非限制性的，该计算机可读介质可以包括ram、rom、eeprom、cd
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rom或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁性存储设备，或者是可以用于携带或存储形式为指令或数据结构的所需程序代码并且能够被通用或专用计算机或者通用或专用处理器访问的任何其它介质。此外，任何连接都可以适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴线缆、光纤线缆、双绞线、数字用户线路(dsl)或诸如红外线、无线电和微波的无线技术来从网站、服务器或其它远程源发送软件，则上述同轴线缆、光纤线缆、双绞线、dsl或诸如红外线、无线电和微波的无线技术均包括在介质的定义。如这里所使用的，磁盘和光盘包括压缩盘(cd)、激光盘、光盘、数字多功能盘(dvd)、软盘、蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘利用激光光学地再现数据。上述内容的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。
132.以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
133.应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。
134.上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
135.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
136.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。