一种基于ZYNQ架构的综测仪基带板启动方法及系统与流程

一种基于zynq架构的综测仪基带板启动方法及系统
技术领域
1.本发明涉及一种基于zynq架构的综测仪基带板启动方法及系统，特别是涉及卫星通信终端设备的技术领域。


背景技术：

2.卫星通信领域中，卫星移动通信专用终端综测仪（以下简称综测仪）广泛应用于芯片制造、终端设计与研发、终端认证、终端生产和终端维修等。综测仪由主控计算机、基带板卡、射频模组三部分组成，主控计算机负责测试方案的实现，基带板主要负责数据链路的建立，射频模组主要负责数模转换的处理。其中，基带板是综测仪的核心部件，基带板的主要功能是为上层应用提供数据链路，通常情况下需要基带板提供高速接口和强大的数据处理能力，高速接口主要是为综测仪提供数据链路，强大的数据处理能力是需要对采集的数据进行分析，得到有效的结果，从而反馈至综测仪层面乃至用户层面。
3.xilinx公司新推出的zynq系列异构fpga，有效的将arm和fpga集成在一块芯片内，arm架构具有强大的数据运算能力，fpga部分可以定制化开发出多种高速接口，能够很好的满足综测仪基带板的需求，因此以zynq为核心的综测仪基带板架构必然成为未来的综测仪基带板发展的趋势。
4.zynq架构基带板的硬件框架一般由核心芯片zynq以及一些外围设备组成。通常会为核心芯片zynq搭载与之匹配的flash以及ddr，作为zynq的存储空间和运行空间。zynq的固件通常包括arm侧操作系统镜像文件和fpga的bit文件，在生成zynq固件时会将这两部分打包成一个文件，在出厂时将打包后的固件直接固化在flash中，基带板上电后arm会自动从flash分区中加载启动操作系统的镜像，fpga也会自动加载bit流，最终完成基带板的启动。
5.现有技术中，综测仪作为一种综合测试型的仪表，需要具备测试多种模式下终端性能的能力，综测仪使用时首先需要完成基带板卡的启动，而针对不同模式下的测试需求，zynq中fpga侧加载的bit文件也是不同的，因此为了满足综测仪具备的多种模式测试功能，fpga的固件应该要具备动态灵活配置的能力，在综测仪层面配置不同的工作模式时，对应的fpga的bit文件应该被动态加载启动。但如果继续沿用将arm的操作系统镜像和fpga的文件打包成一个固件，直接固化在flash中，那么在综测仪后续使用过程中切换工作模式时，就需要重新擦写一次zynq外挂的flash，这不仅带来了操作的难度，对于flash的擦写也是一个很大的考验，无法满足综测仪基带板对于灵活配置启动的需求。


技术实现要素：

6.发明目的：提出一种基于zynq架构的综测仪基带板启动方法及系统，以解决现有技术存在的上述问题，同时根据不同的场景，灵活改变fpga侧的文件内容，可以满足综测仪基带板对于灵活配置启动的需求。
7.技术方案：第一方面，提出了一种基于zynq架构的综测仪基带板启动方法，其特征
在于，具体包括以下步骤：步骤1、初始化相关配置，并根据需求部署脚本程序；所述脚本程序包括：用于实现文件格式转换的转换脚本程序、用于动态加载fpga文件配置启动的控制脚本程序；步骤2、根据实际工况选择综测仪对应的fpga文件；步骤3、采用预设的转换脚本程序对所述fpga文件进行格式转换；步骤4、构建ftp客户端，用于将转换后的fpga文件上传至操作系统的根文件系统中；步骤5、通过远程登录协议远程登录操作系统，并调用控制脚本程序，动态加载并启动fpga基带板。
8.在第一方面的一些可实现方式中，步骤1中在初始化相关配置时，将arm侧移植的linux操作系统镜像文件打包为zynq固件，并将打包后的固件固化在外挂的flash中，具体的步骤如下：步骤1.1：在将linux内核移植至zynq时，在内核配置时，勾选内核选项中的fpga manager，使得zynq的arm操作系统具备动态加载fpga比特流的能力；步骤1.2：将zynq固件格式要求的组成部分：fsbl、u
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boot、uimage、文件系统打包成zynq固件；步骤1.3：将生成的zynq固件通过仿真器固化在外挂的flash中；步骤1.4：将zynq的启动方式配置为从flash启动，基带板上电后，会自动从flash中加载可用的系统镜像。
9.在第一方面的一些可实现方式中，步骤3中采用预设的转换脚本程序对所述fpga文件进行格式转换的过程进一步为：首先，判断主控端当前模式，选择对应的fpga的bit文件；其次，调用部署的转换脚本程序，将fpga的bit文件转换为bin文件；最后，将格式转换后的文件存放于主控计算机磁盘的指定位置。
10.在第一方面的一些可实现方式中，通过设计linux脚本程序实现步骤5中动态加载并启动fpga基带板的过程，进一步的实现过程为：新建linux脚本程序，将根文件系统目录下的fpga文件拷贝至指定的文件夹下，在脚本程序中设置fpga manager的flags为full bit
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stream模式，将fpga的bit
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stream下载至fpga，fpga完成比特流的加载启动，将设计的脚本程序部署在linux的文件系统下，等待综测仪的主控计算机进行调用。
11.在第一方面的一些可实现方式中，在步骤4中设计主控端控制程序，用于将转换后的fpga文件发送至arm端的内存中，远程执行arm应用程序，所述控制程序的运行步骤具体包括：步骤4.1：在控制程序中建立ftp客户端，并对服务端发起连接请求，待控制程序与arm侧的linux操作系统建立网络通信后，将存放在指定文件夹下的fpga bin文件传送至linux的根目录下，也就是存放于zynq外挂的ddr中；步骤4.2：待传送fpga的文件完毕，控制程序中建立ssh客户端，对linux操作系统发起远程连接请求，输入用户名和端口号，等待连接成功；步骤4.3：待ssh远程登录成功后，直接在控制程序中调用linux的脚本程序，将保存在linux根文件目录下的fpga的bin文件加载进fpga中，完成fpga的启动。
12.步骤4.3中调用linux的脚本程序实现fpga的加载启动流程进一步为：
步骤4.3.1：新建一个脚本程序，部署在文件系统的usr/sbin目录下。
13.步骤4.3.2：在脚本程序中，通过脚本命令将fpga manager的flags设置为full bitstream模式。
14.步骤4.3.3：在脚本程序中将待加载的fpga的bin文件拷贝至linux文件系统目录下步骤4.3.4：将文件系统目录下fpga的bitstream文件下载至fpga，fpga完成比特流的加载启动。
15.在第一方面的一些可实现方式中，还包括一种基于zynq架构的综测仪；所述基于zynq架构的综测仪包括：主控计算机，被设置为负责测试方案的实现；基带板卡，被设置为负责数据链路的建立；射频模组，被设置为负责数模转换的处理；基带板作为综测仪的核心部件，用于为上层应用提供数据链路，所述基带板拥有高速接口和强大的数据处理能力；所述高速接口用于为综测仪提供数据链路；所述强大的数据处理能力是对采集的数据进行分析，并将获取到的结果反馈至综测仪层面以及用户层面。
16.所述基于zynq架构的基带板的核心芯片是一片zynq系列的异构fpga，外挂一片flash和一片ddr4；所述flash中存放arm侧linux操作系统镜像，所述ddr4作为arm侧linux系统的运行内存和缓存使用。
17.第二方面，提出一种基于zynq架构的综测仪基带板启动系统，该系统具体包括：用于初始化相关配置的第一模块；用于选择fpga文件的第二模块；用于转换文件格式的第三模块；用于实现文件部署的第四模块；用于启动fpga基带板的第五模块。
18.在第二方面的一些可实现方式中，所述第一模块将arm侧移植的linux操作系统镜像文件打包为zynq固件，并将打包后的固件固化在外挂的flash中；完成相关配置后，第二模块根据实际工况选择综测仪对应的fpga文件，并调用第三模块对选择的fpga文件格式进行转换，生成对应的bin文件；生成bin文件后，通过第四模块将转换后的文件存放于主控计算机磁盘的指定位置，随后通过第五模块远程登录协议远程登录操作系统，并调用控制脚本程序，动态加载并启动fpga。
19.有益效果：本发明提出了一种基于zynq架构的综测仪基带板启动方法及系统，本技术可实现多模式下对不同fpga的bit文件动态加载，这样就可以根据不同的场景，灵活改变fpga侧的文件内容，满足综测仪基带板对于灵活配置启动的需求。同时，本技术针对综测仪使用过程中应用场景不同需要加载不同的fpga文件需求，在主控端设计了脚本程序，可根据综测仪不同的场景，灵活选择对应的fpga文件并完成格式转换。
20.除此之外本发明还在主控端设计了控制程序，该部分设计实现将转化后的fpga文件通过网络发送至fpga端并完成启动过程。
21.综上，本技术不仅减少了开发的任务量，降低开发难度以及人力资源和时间成本，同时解决了对于以zynq为核心器件的基带板综测仪基带板在工作模式切换时灵活配置性差的问题。而且，该方法的设计可以在不需要断电的情况下即可完成fpga文件的更新启动，操作更加简便灵活。
附图说明
22.图1为本发明实施例的数据处理流程图。
23.图2为本发明实施例中基于zynq架构的综测仪系统框架示意图。
24.图3为本发明实施例中控制程序流程图。
25.图4为本发明实施例中linux脚本实现动态加载流程图。
具体实施方式
26.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
27.卫星通信领域中，卫星移动通信专用终端综测仪广泛应用于芯片制造、终端设计与研发、终端认证、终端生产和终端维修等。综测仪作为一种综合测试型的仪表，需要具备测试多种模式下终端性能的能力。
28.实施例一卫星通信过程中，采用综测仪对终端性能进行测试，综测仪使用时首先需要完成基带板卡的启动，而针对不同模式下的测试需求，zynq中fpga侧加载的bit文件也是不同的，因此为了满足综测仪具备的多种模式测试功能，fpga的固件应该要具备动态灵活配置的能力，在综测仪层面配置不同的工作模式时，对应的fpga的bit文件应该被动态加载启动。但如果继续沿用将arm的操作系统镜像和fpga的文件打包成一个固件，直接固化在flash中，那么在综测仪后续使用过程中切换工作模式时，就需要重新擦写一次zynq外挂的flash，这不仅带来了操作的难度，对于flash的擦写也是一个很大的考验，无法满足综测仪基带板对于灵活配置启动的需求。因此本实施例提出一种基于zynq架构的综测仪基带板启动方法，用于实现多模式下对不同fpga的bit文件动态加载，从而可以根据不同的场景，灵活改变fpga侧的文件内容，满足综测仪基带板对于灵活配置启动的需求。
29.具体的，本实施例中的一种基于zynq架构的综测仪基带板启动方法，如图1所示，具体步骤如下：步骤1、初始化相关配置，并根据需求部署脚本程序；所述脚本程序包括：用于实现文件格式转换的转换脚本程序、用于动态加载fpga文件配置启动的控制脚本程序；步骤2、根据实际工况选择综测仪对应的fpga文件；步骤3、采用预设的转换脚本程序对所述fpga文件进行格式转换；步骤4、构建ftp客户端，用于将转换后的fpga文件上传至操作系统的根文件系统中；步骤5、通过远程登录协议远程登录操作系统，并调用控制脚本程序，动态加载并
启动fpga。
30.实现本实施例方法的过程中，还包括一种基于zynq架构的综测仪；所述基于zynq架构的综测仪包括：主控计算机、基带板卡、射频模组。其中，主控计算机，被设置为负责测试方案的实现；基带板卡，被设置为负责数据链路的建立；射频模组，被设置为负责数模转换的处理。
31.基带板作为综测仪的核心部件，用于为上层应用提供数据链路，所述基带板拥有高速接口和强大的数据处理能力。所述高速接口用于为综测仪提供数据链路；所述强大的数据处理能力是对采集的数据进行分析，并将获取到的结果反馈至综测仪层面以及用户层面。
32.本事实例中提出的方法用于基于zynq架构的综测仪，如图2所示，zynq架构的基带板的核心芯片是一片zynq系列的异构fpga，外挂一片flash和一片ddr4。flash中存放arm侧linux操作系统镜像，ddr4作为arm侧linux系统的运行内存和缓存使用。
33.本实施例提出的方法不仅减少了开发的任务量，降低开发难度以及人力资源和时间成本，同时解决了对于以zynq为核心器件的基带板综测仪基带板在工作模式切换时灵活配置性差的问题。而且，该方法的设计可以在不需要断电的情况下即可完成fpga文件的更新启动，操作更加简便灵活。
34.实施例二在实施例一基础上的进一步实施例中，由于zynq架构基带板的硬件框架一般由核心芯片zynq以及一些外围设备组成，因此通常会为核心芯片zynq搭载与之匹配的flash以及ddr，作为zynq的存储空间和运行空间。
35.本实施例中，由于zynq的固件通常包括arm侧操作系统镜像文件和fpga的bit文件，因此在生成zynq固件时将这两部分打包成一个文件，在出厂时将打包后的固件直接固化在flash中，从而在基带板上电后arm会自动从flash分区中加载启动操作系统的镜像，fpga也会自动加载bit流，最终完成基带板的启动。
36.具体的，在步骤1初始化相关配置时，将arm侧移植的linux操作系统镜像文件打包为zynq固件，并将打包后的固件固化在外挂的flash中。详细的步骤如下：步骤1.1：在将linux内核移植至zynq时，在内核配置时，勾选内核选项中的fpga manager，使得zynq的arm操作系统具备动态加载fpga比特流的能力；步骤1.2：将zynq固件格式要求的组成部分：fsbl、u
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boot、uimage、文件系统打包成zynq固件，此过程中不需要打包fpga的bit文件；步骤1.3：将生成的zynq固件通过仿真器固化在外挂的flash中；步骤1.4：将zynq的启动方式配置为从flash启动，基带板上电后，会自动从flash中加载可用的系统镜像。
37.优选实施例中，打包arm操作系统镜像文件为zynq固件，首先，移植linux操作系统至基带板，配置内核选项fpga manager功能，保证fpga manager正常可用，最终生成u
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boot、uimage以及文件系统；其次，将生成的硬件描述文件导入vivado，生成fsbl文件；再次，将fsbl文件、u
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boot文件、uimage、文件系统打包成zynq镜像文件；从次，将zynq的镜像通过仿真器烧写进外挂的flash的0地址处；最后，上电后zynq的bootrom 中引导代码会从flash的0地址开始寻找可用的zynq镜像，并引导zynq镜像完成启动，继而启动linux的基本
服务以及挂载文件系统。
38.实施例三在实施例一基础上的进一步实施例中，步骤3中采用预设的转换脚本程序对fpga文件进行格式转换时，首先在步骤1中根据对应fpga文件的选择，部署可用于调用的脚本程序，从而实现对fpga文件进行格式转换。
39.具体的，首先，判断主控端当前模式，选择对应的fpga的bit文件；其次，调用部署的转换脚本程序，将fpga的bit文件转换为bin文件；最后，将格式转换后的文件存放于主控计算机磁盘的指定位置。
40.优选实施例中，根据工作模式选择则对应的fpga文件，完成fpga文件格式转换，将转换后的fpga文件发送至arm端的内存中具体为：首先，根据综测仪的工作模式，完成对应fpga文件的选择；其次，调用部署的转换脚本程序，以及bootgen工具，将fpga的bit文件转换为bin文件；再次，在综测仪启动测试方案后，主控计算机的控制程序会将选中的文件拷贝至格式转换的文件夹下；从次，调用转换脚本程序进行格式转换；最后，将转换后的fpga bin文件拷贝至指定的文件夹下。
41.实施例四在实施例一基础上的进一步实施例中，设计linux脚本程序实现fpga比特流的加载和启动，实现过程为：新建linux脚本程序，将根文件系统目录下的fpga文件拷贝至指定的文件夹下，在脚本程序中设置fpga manager的flags为full bit
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stream模式，将fpga的bit
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stream下载至fpga，fpga完成比特流的加载启动，将设计的脚本程序部署在linux的文件系统下，等待综测仪的主控计算机进行调用。该部分在主控端设计了一种自动化的控制方法，不仅可以将转换后的文件发送至linux的根文件系统中，同时也实现了远程执行linux脚本程序，完成动态加载启动。
42.优选实施例中，首先利用ftp协议，将存放在指定位置的fpga bin文件上传至linux的根文件系统中；随后，主控端设计控制程序，登录linux系统，调用提前部署在文件系统中的脚本程序，将先前上传至根文件系统中的fpga文件加载到fpga中，完成fpga的启动。设计主控端控制程序，将转换后的fpga文件发送至arm端的内存中，远程执行arm应用程序，控制程序流程如图3所示，具体包括：步骤4.1：在控制程序中建立ftp客户端，并对服务端发起连接请求，待控制程序与arm侧的linux操作系统建立网络通信后，将存放在指定文件夹下的fpga bin文件传送至linux的根目录下，也就是存放于zynq外挂的ddr中；步骤4.2：待传送fpga的文件完毕，控制程序中建立ssh客户端，对linux操作系统发起远程连接请求，输入用户名和端口号，等待连接成功；步骤4.3：待ssh远程登录成功后，直接在控制程序中调用linux的脚本程序，将保存在linux根文件目录下的fpga的bin文件加载进fpga中，完成fpga的启动。
43.如图4所示，linux脚本程序实现fpga的加载启动流程如下：步骤5.1：新建一个脚本程序，部署在文件系统的usr/sbin目录下。
44.步骤5.2：在脚本程序中，通过脚本命令将fpga manager的flags设置为full bitstream模式。
45.步骤5.3：在脚本程序中将待加载的fpga的bin文件拷贝至linux文件系统目录下
步骤5.4：将文件系统目录下fpga的bitstream文件下载至fpga，fpga完成比特流的加载启动。
46.实施例五针对实施例一提出的一种基于zynq架构的综测仪基带板启动方法，本实施例提出一种基于zynq架构的综测仪基带板启动系统，用于实现实施例一的方法。该系统具体包括：用于初始化相关配置的第一模块；用于选择fpga文件的第二模块；用于转换文件格式的第三模块；用于实现文件部署的第四模块；用于启动fpga基带板的第五模块。
47.在进一步的实施例中，第一模块将arm侧移植的linux操作系统镜像文件打包为zynq固件，并将打包后的固件固化在外挂的flash中。完成相关配置后，第二模块根据实际工况选择综测仪对应的fpga文件，并调用第三模块对选择的fpga文件格式进行转换，生成对应的bin文件。生成bin文件后，通过第四模块将转换后的文件存放于主控计算机磁盘的指定位置，随后通过第五模块远程登录协议远程登录操作系统，并调用控制脚本程序，动态加载并启动fpga。
48.在进一步的实施例中，实现基于zynq架构的综测仪基带板启动系统中还包括一种基于zynq架构的综测仪；所述基于zynq架构的综测仪包括：主控计算机、基带板卡、射频模组。其中，主控计算机，被设置为负责测试方案的实现；基带板卡，被设置为负责数据链路的建立；射频模组，被设置为负责数模转换的处理。
49.基带板作为综测仪的核心部件，用于为上层应用提供数据链路，所述基带板拥有高速接口和强大的数据处理能力。所述高速接口用于为综测仪提供数据链路；所述强大的数据处理能力是对采集的数据进行分析，并将获取到的结果反馈至综测仪层面以及用户层面。
50.如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。