技术领域
[0001] 本
发明涉及FPGA远程在线调试与配置技术领域，特别涉及一种基于RS422和CAN总线的FPGA远程在线调配装置及方法。
背景技术
[0002] 随着
可编程逻辑器件的迅速发展和广泛应用，FPGA能实现的功能越来越强大且单个系统中应用的FPGA数量也越来越多，而对系统中众多FPGA的在线调试与配置也变得格外重要。在某些特殊的应用场景，比如产品结构复杂，FPGA数量众多，现场调试时往往需要拆卸大量的结构件，连接较多的临时
电缆，或者线缆长度限制，产品的安装
位置等因素导致无法直接在现场搭建调试平台，给FPGA的测试与调试带来了极大的困难。
[0003] 传统的FPGA远程调试与配置技术一般是通过网络或其他信道将配置数据发送给
嵌入式系统，嵌入式系统再将这些数据加载到FPGA中，并从FPGA中采集需要
信号后，通过网络回传给远端的调试装置。这种方式往往要构建复杂的
硬件平台并设计相应与FPGA调试工具对接的
软件，实现复杂且成本昂贵，而且如果系统中FPGA数量众多，则需要解决多个FPGA在线调试与配置的通信冲突问题。
[0004] 本发明的方案便是针对上述问题对现有FPGA远程在线调配装置进行的改进。
发明内容
[0005] 为了克服
现有技术中的不足，本发明提供一种基于RS422和CAN总线的FPGA远程在线调配装置及方法，无需开发其他配套软件就可直接使用FPGA厂商提供的调试与配置工具对FPGA芯片进行远程调试与配置，该装置同时具有可组网的FPGA芯片个数多并可解决多个FPGA在线调试与配置的通信冲突问题，确保在某一段时间只有一个FPGA参与调试与配置的通信。
[0006] 为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0007] 本发明公开了一种基于RS422和CAN总线的FPGA远程在线调配装置，包括
人机交互模
块、CAN总线模块、RS422总线模块和若干个远程调试与配置模块，其中：
[0008] 所述人机交互模块包括远程调试控制软件、FPGA调试与配置软件和FPGA下载器，其中：
[0009] 所述远程调试控制软件用于选择需要在线调试和配置的FPGA芯片，并将FPGA芯片所处位置信息通过
接口发送给CAN总线模块，同时接收从CAN总线模块回传过来的远程调试与配置模块的状态信息；
[0010] 所述FPGA调试与配置软件用于FPGA调试参数的设置和配置文件的选择，并最终生成FPGA调试与配置数据；
[0011] 所述FPGA下载器用于将特定接口形式的FPGA调试与配置数据转换为JTAG模式TTL电平形式的信号；
[0012] 所述CAN总线模块包括CAN调试器和CAN总线网络，其中：
[0013] 所述CAN调试器用于将人机交互模块传送过来的特定接口形式的所需调试FPGA芯片位置信息转换为CAN总线形式，通过CAN总线网络进行广播，传送给所有的远程调试与配置模块，同时通过CAN总线网络接收远程调试与配置模块的CAN总线形式的状态信息，转换为特定接口形式的信息回告给人机交互模块；
[0014] 所述CAN总线网络以特定的拓扑结构来组成一个多
节点双工通讯控制网络，实时传递人机交互模块的命令信号和远程调试与配置模块的状态信息；
[0015] 所述RS422总线模块包括RS422调试器和RS422总线网络，其中：
[0016] 所述RS422调试器用于将人机交互模块传送过来的TTL电平形式的FPGA调试与配置数据转换为RS422总线形式，通过RS422总线网络进行广播，传送给所有的远程调试与配置模块，同时通过RS422总线网络接收远程调试与配置模块的RS422总线形式的所需调试与配置FPGA芯片
内核逻辑信息，转换为TTL电平形式的信息回传给人机交互模块并在FPGA调试与配置软件上显示；
[0017] 所述RS422总线网络以特定的拓扑结构来组成一个多节点双工通讯控制网络，实时传递人机交互模块的FPGA调试与配置数据和所需调试与配置FPGA芯片内核逻辑信息；
[0018] 每个所述远程调试与配置模块包括远程控
制模块、多个FPGA芯片以及多个通信模块，其中：
[0019] 所述远程
控制模块包括CAN收发器和微
控制器，用于接收CAN总线模块传送的所需调试FPGA芯片的位置信息，并根据该位置信息判断所需调试FPGA芯片是否属于本远程调试与配置模块；
[0020] 每个所述通信模块包括RS422接收器和RS422发送器，用于将RS422总线模块传送的FPGA调试与配置数据由RS422总线形式转换为TTL电平形式来调试与配置FPGA芯片，同时将所需调试与配置FPGA芯片送出的内核逻辑信息由TTL电平形式转换为RS422总线形式，传送给RS422总线模块并最终在人机交互模块的FPGA调试与配置软件上显示。
[0021] 进一步的，所述CAN总线模块采用非破坏性总线仲裁技术，使得组网节点数达到110个以上，用以组建多节点的远程控制网络并以此实现复杂系统中众多FPGA芯片调试与配置的有效隔离和调度。
[0022] 进一步的，所述远程调试与配置模块中的通信模块采用具有使能控制的RS422总线接收器和发送器，用以通过对相应接收器和发送器的使能控制以此提高总线可挂接的节点数。
[0023] 进一步的，所述RS422总线模块采用差分传输方式。
[0024] 本发明还公开了一种基于RS422和CAN总线的FPGA远程在线调配方法，在进行远程控制时，其步骤包括：
[0025] 步骤1：在人机交互模块中的远程调试控制软件上选择需要调试和配置的FPGA芯片，并将FPGA芯片所处位置信息通过特定接口发送给CAN总线模块；
[0026] 步骤2：CAN总线模块的CAN调试器将人机交互模块传送过来的特定接口形式的所需调试FPGA芯片位置信息转换为CAN总线形式，通过CAN总线网络进行广播，传送给所有的远程调试与配置模块；
[0027] 步骤3：各个远程调试与配置模块的远程控制模块接收CAN总线模块传送的所需调试FPGA芯片位置信息，并根据该位置信息判断所需调试FPGA芯片是否属于本远程调试与配置模块，若属于本远程调试与配置模块，则将与该FPGA芯片对应的通信模块中的RS422接收器和RS422发送器使能，将其他通信模块的RS422接收器和RS422发送器关闭，若所需调试FPGA芯片不属于本远程调试与配置模块，则将本模块中所有的RS422接收器和RS422发送器全部关闭，实现人机交互模块的FPGA调试与配置软件与所需调试与配置FPGA芯片之间点对点通信链路的导通；
[0028] 步骤4：各个远程调试与配置模块的远程控制模块根据命令信息向CAN总线模块发送本远程调试与配置模块的状态信息；
[0029] 步骤5：CAN总线模块通过CAN总线网络接收远程调试与配置模块的CAN总线形式的状态信息，转换为特定接口形式的信息回告给人机交互模块的远程调试控制软件并显示，实现所需调试FPGA芯片的远程控制。
[0030] 本发明另外公开了一种基于RS422和CAN总线的FPGA远程在线调配方法，在FPGA在线调试与配置时，其步骤包括：
[0031] 步骤A：在人机交互模块的FPGA调试与配置软件上设置调试参数并选择配置文件，生成需要的FPGA调试与配置数据，通过FPGA下载器将调试与配置数据转换为JTAG模式TTL电平形式的信号并传送给RS422总线模块；
[0032] 步骤B：RS422总线模块的RS422调试器将人机交互模块传送过来的TTL电平形式的FPGA调试与配置数据转换为RS422总线形式，通过RS422总线网络进行广播，传送给所有的远程调试与配置模块；
[0033] 步骤C：所需调试FPGA芯片所在的远程调试与配置模块的通信模块负责将RS422总线模块传送的FPGA调试与配置数据由RS422总线形式转换为TTL电平形式，用于调试与配置FPGA芯片；
[0034] 步骤D：所需调试与配置FPGA芯片送出的内核逻辑信息并由RS422发送器将TTL电平形式转换为RS422总线形式，传送给RS422总线模块，RS422总线模块的RS422调试器将RS422总线形式的内核逻辑信息装换为TTL电平形式，传送给人机交互模块的FPGA调试与配置软件并显示，实现FPGA远程在线调试与配置的功能。
[0035] 本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
[0036] 1、本发明利用CAN总线可靠性高和组网节点多的特点组建FPGA远程在线调试与配置的远程控制网络，实现复杂系统中众多FPGA芯片调试与配置的有效隔离和调度，解决多个FPGA在线调试与配置的通信冲突问题；
[0037] 2、本发明利用RS422总线抗干扰能
力强和可实现同步数据通信的特点组建FPGA在线调试与配置网络，在无需开发其他配套软件的情况下即可直接利用FPGA厂商提供的配置软件和调试工具对系统中多个FPGA进行远程调试与配置。
附图说明
[0038] 为了更清楚地说明本发明
实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，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附图。附图中：
[0039] 图1是本发明一种基于RS422和CAN总线的FPGA远程在线调配装置的原理
框图；
[0040] 图2为图1中远程调试与配置模块的原理框图。
具体实施方式
[0041] 以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0042] 本发明通过以下的技术方案实现，一种基于RS422和CAN总线的FPGA远程在线调配装置，通过利用CAN总线可靠性高和组网节点多的特点组建远程控制网络，利用RS422总线抗干扰能力强和可实现同步数据通信的特点组建FPGA在线调试与配置网络，通过简单的
电路设计并配合
微控制器的控制，就可直接利用FPGA厂商提供的配置软件和调试工具对系统中多个FPGA进行远程调试与配置。包括人机交互模块、CAN总线模块、RS422总线模块和多个远程调试与配置模块。远程控制时，在人机交互模块中的远程调试控制软件上选择需要调试和配置的FPGA芯片，通过CAN总线将命令信息广播到所有的远程调试与配置模块，各个远程调试与配置模块根据命令信息来判断所需调试和配置FPGA芯片的具体位置，并控制相应的通信模块，选通所需调试与配置FPGA芯片与RS422总线模块的通信链路，实现人机交互模块的FPGA调试与配置软件与所需调试与配置FPGA芯片之间点对点通信链路的导通；FPGA在线调试与配置时，由人机交互模块的FPGA调试与配置软件通过FPGA下载器，以JTAG配置模式，通过RS422总线模块将调试与配置数据传输到所需调试与配置的FPGA芯片，同时监控FPGA内核逻辑，通过RS422总线模块回传FPGA内核逻辑信息并在人机交互模块的FPGA调试与配置软件上显示，实现FPGA远程在线调试与配置的功能。
[0043] 实施例一
[0044] 如图1所示，为本发明提供的一种基于RS422和CAN总线的FPGA远程在线调配装置的原理框图，作为本发明提供的一种基于RS422和CAN总线的FPGA远程在线调配装置的一个较佳实施例，其包括：
[0045] 人机交互模块、CAN总线模块、RS422总线模块和若干个远程调试与配置模块，其中：
[0046] 所述人机交互模块包括远程调试控制软件、FPGA调试与配置软件和FPGA下载器，其中：
[0047] 所述远程调试控制软件用于选择需要在线调试和配置的FPGA芯片，并将FPGA芯片所处位置信息通过接口发送给CAN总线模块，同时接收从CAN总线模块回传过来的远程调试与配置模块的状态信息，本实施例中，所述接口包括但不限于串口、USB接口、PCI接口等电脑通用接口形式；
[0048] 所述FPGA调试与配置软件是由FPGA器件厂商或者第三方商家提供的FPGA开发配套软件，该软件与FPGA芯片厂家和型号有关，包括Altera公司的SignalTap II Logic Analyzer、Xilinx公司的ChipScope Pro等软件，主要是用于FPGA调试参数的设置和配置文件的选择，并最终生成FPGA调试与配置数据；
[0049] 所述FPGA下载器是由FPGA器件厂商或者第三方商家提供的FPGA下载工具，该下载工具包括但不限于USB Blaster、ByteBlaster、Platform Cable等，主要作用是将特定接口形式的FPGA调试与配置数据转换为JTAG模式TTL电平形式的信号，该接口形式与所选择的FPGA下载器有关。
[0050] 所述CAN总线模块包括CAN调试器和CAN总线网络，其中：
[0051] 所述CAN调试器用于将人机交互模块传送过来的特定接口形式的所需调试FPGA芯片位置信息转换为CAN总线形式，通过CAN总线网络进行广播，传送给所有的远程调试与配置模块，同时通过CAN总线网络接收远程调试与配置模块的CAN总线形式的状态信息，转换为特定接口形式的信息回告给人机交互模块；
[0052] 所述CAN总线网络以特定的拓扑结构来组成一个多节点双工通讯控制网络，实时传递人机交互模块的命令信号和远程调试与配置模块的状态信息，按照各个节点设备摆放位置合理布线，从所布总线上分出CAN信号连接到节点的CAN接口，要求各分支线尽量短，减少信号的反射，匹配
电阻独立连接在总线两端。
[0053] 所述RS422总线模块包括RS422调试器和RS422总线网络，其中：
[0054] 所述RS422调试器用于将人机交互模块传送过来的TTL电平形式的FPGA调试与配置数据转换为RS422总线形式，通过RS422总线网络进行广播，传送给所有的远程调试与配置模块，同时通过RS422总线网络接收远程调试与配置模块的RS422总线形式的所需调试与配置FPGA芯片内核逻辑信息，转换为TTL电平形式的信息回传给人机交互模块并在FPGA调试与配置软件上显示；
[0055] 所述RS422总线网络以特定的拓扑结构来组成一个多节点双工通讯控制网络，实时传递人机交互模块的FPGA调试与配置数据和所需调试与配置FPGA芯片内核逻辑信息，按照各个节点设备摆放位置合理布线，从所布总线上分出RS422信号连接到节点的RS422接口芯片，要求各分支线尽量短，减少信号发射，匹配电阻独立连接在总线两端。
[0056] 附图2为远程调试与配置模块的原理框图，每个所述远程调试与配置模块包括远程控制模块、多个FPGA芯片以及多个通信模块，多个远程调试与配置模块的原理框图是一致的。应理解，本发明并没有对远程调试与配置模块做限定，理论上个数可以达到110个及以上，本实施例以远程调试与配置模块的原理框图详细阐述，其他远程调试与配置模块的情况以此类推，其中：
[0057] 每个所述远程控制模块包括CAN收发器和微控制器，用于接收CAN总线模块传送的所需调试FPGA芯片位置信息，并根据该信息判断所需调试FPGA芯片是否属于本远程调试与配置模块，若属于本远程调试与配置模块，则将与该FPGA芯片对应的通信模块中的RS422接收器和RS422发送器使能，将其他通信模块的RS422接收器和RS422发送器关闭，同时向CAN总线模块发送本远程调试与配置模块的状态信息；若所需调试FPGA芯片不属于本远程调试与配置模块，则将本模块中所有的RS422接收器和RS422发送器全部关闭。
[0058] 所述FPGA芯片即为系统中需要调试和配置的FPGA芯片，应理解，本发明并没有对FPGA芯片的数量做限定，也可以是一个、两个或是更多，实际应用中以系统的设计需求为准。这些FPGA芯片的JTAG配置管脚与对应的通信模块的RS422接收器和RS422发送器连接，接收RS422总线模块传送的FPGA调试与配置数据，并将所需调试与配置FPGA芯片内核逻辑信息传送给RS422总线模块。
[0059] 所述通信模块主要由RS422接收器和RS422发送器组成，负责将RS422总线模块传送的FPGA调试与配置数据由RS422总线形式转换为TTL电平形式，用于调试与配置FPGA芯片，同时将所需调试与配置FPGA芯片送出的内核逻辑信息由TTL电平形式转换为RS422总线形式，传送给RS422总线模块并最终在人机交互模块的FPGA调试与配置软件上显示。由于只有所需调试与配置FPGA芯片对应的通信模块的RS422接收器和RS422发送器是使能状态的，其他所有通信模块的RS422接收器和RS422发送器是关闭状态，实现人机交互模块的FPGA调试与配置软件与所需调试与配置FPGA芯片之间点对点通信链路的导通，而且其他接收器和发送器都是关闭状态，其接收和发送端口都呈现高阻状态，解决总线上存在多个接收器和发送器造成的通信冲突问题，同时由于大部分接收器端口呈现高阻状态，导致这些接收器所需的输入
电流变小，可提高总线可挂接的节点数，解决总线上存在多个接收器和发送器造成驱
动能力不足的问题。
[0060] 本实施例中，所述CAN总线模块采用非破坏性总线仲裁技术，只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播的方式传送数据，组网节点数普遍可达110个，具有突出的可靠性、实时性和灵活性，可组建多节点的远程控制网络，实现复杂系统中众多FPGA芯片调试与配置的有效隔离和调度，解决多个FPGA在线调试与配置的通信冲突问题，确保在某一段时间只有一个FPGA参与调试与配置的通信。
[0061] 本实施例中，所述RS422总线模块采用差分传输方式，抗干扰能力强，传输距离远，只规定了接收端和发送端的电气特性，且可实现
指定数据协议的同步数据通信，可组建FPGA在线调试与配置网络，在无需开发其他配套软件的情况下可直接使用FPGA厂商提供的调试与配置工具对FPGA芯片进行远程调试与配置。
[0062] 此外，所述远程调试与配置模块采用具有使能控制的RS422总线接收器和发送器，该接收器和发送器在使能状态时可正常参与通信，在关闭状态时，收发端口呈现高阻状态；通过将连接所需要调试和配置的FPGA芯片的接收器和发送器使能，将连接其他FPGA的接收器和发送器禁止，实现人机交互模块的FPGA调试与配置软件与所需调试与配置FPGA芯片之间点对点通信链路的导通，而且其他接收器和发送器都是关闭状态，其接收和发送端口都呈现高阻状态，解决总线上存在多个接收器和发送器造成的通信冲突问题，同时由于大部分接收器端口呈现高阻状态，导致这些接收器所需的输入电流变小，可提高总线可挂接的节点数，解决总线上存在多个接收器和发送器造成驱动能力不足的问题。
[0063] 实施例二
[0064] 本发明还公开了一种基于RS422和CAN总线的FPGA远程在线调配方法，在进行远程控制时，其步骤包括：
[0065] 步骤1：在人机交互模块中的远程调试控制软件上选择需要调试和配置的FPGA芯片，并将FPGA芯片所处位置信息通过特定接口发送给CAN总线模块；
[0066] 步骤2：CAN总线模块的CAN调试器将人机交互模块传送过来的特定接口形式的所需调试FPGA芯片位置信息转换为CAN总线形式，通过CAN总线网络进行广播，传送给所有的远程调试与配置模块；
[0067] 步骤3：各个远程调试与配置模块的远程控制模块接收CAN总线模块传送的所需调试FPGA芯片位置信息，并根据该位置信息判断所需调试FPGA芯片是否属于本远程调试与配置模块，若属于本远程调试与配置模块，则将与该FPGA芯片对应的通信模块中的RS422接收器和RS422发送器使能，将其他通信模块的RS422接收器和RS422发送器关闭，若所需调试FPGA芯片不属于本远程调试与配置模块，则将本模块中所有的RS422接收器和RS422发送器全部关闭，实现人机交互模块的FPGA调试与配置软件与所需调试与配置FPGA芯片之间点对点通信链路的导通；
[0068] 步骤4：各个远程调试与配置模块的远程控制模块根据命令信息向CAN总线模块发送本远程调试与配置模块的状态信息；
[0069] 步骤5：CAN总线模块通过CAN总线网络接收远程调试与配置模块的CAN总线形式的状态信息，转换为特定接口形式的信息回告给人机交互模块的远程调试控制软件并显示，实现所需调试FPGA芯片的远程控制。
[0070] 实施例三
[0071] 本发明另外公开了一种基于RS422和CAN总线的FPGA远程在线调配方法，在FPGA在线调试与配置时，其步骤包括：
[0072] 步骤A：在人机交互模块的FPGA调试与配置软件上设置调试参数并选择配置文件，生成需要的FPGA调试与配置数据，通过FPGA下载器将调试与配置数据转换为JTAG模式TTL电平形式的信号并传送给RS422总线模块；
[0073] 步骤B：RS422总线模块的RS422调试器将人机交互模块传送过来的TTL电平形式的FPGA调试与配置数据转换为RS422总线形式，通过RS422总线网络进行广播，传送给所有的远程调试与配置模块；
[0074] 步骤C：所需调试FPGA芯片所在的远程调试与配置模块的通信模块负责将RS422总线模块传送的FPGA调试与配置数据由RS422总线形式转换为TTL电平形式，用于调试与配置FPGA芯片；
[0075] 步骤D：所需调试与配置FPGA芯片送出的内核逻辑信息并由RS422发送器将TTL电平形式转换为RS422总线形式，传送给RS422总线模块，RS422总线模块的RS422调试器将RS422总线形式的内核逻辑信息转换为TTL电平形式，传送给人机交互模块的FPGA调试与配置软件并显示，实现FPGA远程在线调试与配置的功能。
[0076] 本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
[0077] 1、本发明利用CAN总线可靠性高和组网节点多的特点组建FPGA远程在线调试与配置的远程控制网络，实现复杂系统中众多FPGA芯片调试与配置的有效隔离和调度，解决多个FPGA在线调试与配置的通信冲突问题；
[0078] 2、本发明利用RS422总线抗干扰能力强和可实现同步数据通信的特点组建FPGA在线调试与配置网络，在无需开发其他配套软件的情况下即可直接利用FPGA厂商提供的配置软件和调试工具对系统中多个FPGA进行远程调试与配置。
[0079] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以
权利要求的保护范围为准。
