一種寬帶接入網中邏輯文件的動態加載方法
2023-05-17 05:44:11
一種寬帶接入網中邏輯文件的動態加載方法
【專利摘要】本發明公開了一種寬帶接入網的邏輯文件動態加載方法，通過TCP協議實現FPGA邏輯文件動態加載，在加載完成之後不需重啟系統，並且在單板運行過程中，任何時候均可以加載新版本的FPGA邏輯文件去替代當前運行的FPGA邏輯文件，這樣在保證了傳輸效率和可靠性的同時又提高了系統的靈活性；在實際運行過程中，只需要將客戶端的連接IP位址設置為單板的IP位址，這樣又擴大了應用範圍，且簡單易行符合當前嵌入式系統發展的需要。
【專利說明】一種寬帶接入網中邏輯文件的動態加載方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於嵌入式系統【技術領域】，更為具體地講，涉及一種寬帶接入網的邏輯文 件動態加載方法。
【背景技術】
[0002] VxWorks是美國風河公司開發的一套實時嵌入式作業系統，因其優良的性能而廣 泛的應用在各個嵌入式設備上，尤其是無源光網絡PON(Passive Optical Network)、路由 器、交換機等網絡設備；TCP協議實現若干臺主機的相互通信，一種應用程式訪問通信協議 的作業系統調用套接字；基於接入網的嵌入式在比較複雜的需求下，所需要加載的文件有 不同功能的多個版本文件需要對單板上晶片控制以保證整體運行在特定的功能；在接入網 中，在處理不同的Ρ0Ν模式邏輯文件，需要不同功能的編譯文件加載到單板上運行。接入網 中的無源光網絡Ρ0Ν是一種純介質網絡，避免了外部設備的電磁幹擾和雷電影響，減少了 線路和外部設備的故障率。Ρ0Ν的業務透明性較好，原則上可適用於任何制式和速率信號。
[0003] 眾所周知，通常任何一款嵌入式系統編譯的邏輯文件都需要傳輸到單板上才能控 制單板的正常工作。接入網應用中也可能需要通過嵌入式控制具體的功能，在目前接入網 的嵌入式邏輯文件加載方法中，其一般加載都是基於串口和文件傳輸協議TFTP(Trivial File Transfer Protocol)傳輸到單板上。使用TFTP與串口加載存在的缺點：1、其一般是 在開啟單板時或者整個系統復位之後加載，相對於是一種靜態加載方式；2、其需要串口與 TFTP同時工作才能夠加載邏輯文件，即同時需要串口與網口都與單板連結，相對使用的範 圍比較狹隘；3、TFTP協議傳輸數據速率比較低，傳輸較大的邏輯文件時需要時間特別長； 4、TFTP協議傳輸相對於TCP協議可靠性更低，使得在傳輸過程中可能出現任何錯誤，降低 了傳輸文件的可靠性；5、對於有多個版本需要加載的FPGA邏輯文件，其不能在運行過程中 動態加載，使得對於相對比較複雜的工程，其不能完成相對應的功能，降低了系統可用性。
[0004] 在現有的技術中，嵌入式系統應用程式動態加載的方法，通過將應用程式的 固件文件存入嵌入式設備自帶的外部存儲空間中，並設置作業系統和應用程式間的函 數接口來進行動態加載[李敬來.嵌入式系統應用程式動態加載的方法：中國[P]. CN102541579A. 2012-07-04];-種嵌入式作業系統加載邏輯文件的方法和嵌入式系統，將 邏輯文件添加到嵌入式作業系統自身的數據中，使嵌入式作業系統可以通過調用自身數據 來加載邏輯文件[楊霆，王偉，曾雲剛.一種嵌入式作業系統加載邏輯文件的方法和嵌 入式系統：中國[P].CN1900909. 2007-01-24]。在以上專利只能解決加載一種模式的邏輯 文件，在運行過程中不能在線動態加載，對於有多種模式需要變化的需求，其不能實現動態 加載，其加載過程需要單板重啟，無疑增加了複雜性，並且在特定的環境不能實現特殊的功 能。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種寬帶接入網的邏輯文件動態加 載方法，通過TCP協議實現FPGA邏輯文件動態加載，這樣提高了應用範圍，同時具有靈活性 高、傳輸時間快以及傳輸可靠的優點。
[0006] 為實現上述發明目的，本發明一種寬帶接入網中邏輯文件的動態加載方法，其特 徵在於，包括以下步驟：
[0007] (1)、編譯需要加載的FPGA邏輯文件
[0008] 在PC端，選擇對應使用的FPGA晶片型號，通過quartus II編譯需要加載的FPGA 邏輯文件，，將編譯後的FPGA邏輯文件存放在PC端的加載目錄下；
[0009] ⑵、運行當前版本的FPGA
[0010] 加載VxWorks系統文件到單板的CPU上，待VxWorks系統文件加載完成後，讀取PC 端加載目錄存放的默認FPGA邏輯文件，將默認版本的FPGA邏輯文件並加載到單板的CPU 上，並配置該默認FPGA邏輯文件到FPGA中，使默認版本的FPGA邏輯文件正常運行；
[0011] (3)、更換默認版本的FPGA邏輯文件
[0012] 將單板中CPU的TCP Socket伺服器端的傳輸埠與PC端中客戶端的傳輸埠設 置相同，並將單板CPU中的TCP Socket伺服器端和PC端中的客戶端同時開啟TCP Socket 服務，並將PC端中客戶端的連接IP位址設置為單板的IP位址；
[0013] 選擇需要需動態加載的FPGA邏輯文件，PC端中的客戶端從存放FPGA邏輯文件的 加載目錄下讀取該需動態加載的FPGA邏輯文件，並用功能函數識別出文件大小信息，然後 組裝成數據幀傳送給單板中CPU的TCP Socket伺服器端；
[0014] 單板中CPU的TCP Socket伺服器端監聽到發送來的數據幀後進行接收，再根據功 能函數解析接收的數據幀獲取到該需動態加載的FPGA邏輯文件的大小信息，根據該需動 態加載的FPGA邏輯的文件信息向CPU申請分配動態內存，CPU進行分配並記錄分配動態內 存的首地址；
[0015] PC端中的客戶端持續分組發送該需動態加載FPGA邏輯文件內容，單板中CPU的 TCP Socket伺服器端每接收到一組從PC端中的客戶端發送來的該需動態加載FPGA邏輯 文件內容後，發送接收確認信息給PC端中的客戶端，PC端中的客戶端接收到單板中CPU的 TCP Socket伺服器端發送來的接收確認信息後發送下一組FPGA邏輯文件內容，否則將持 續發送當前一組FPGA邏輯文件內容數，如果在一定的時間內不能成功發送一組FPGA邏輯 文件內容，則返回發送失敗信息給PC端中的客戶端；
[0016] 單板中CPU的TCP Socket伺服器根據接收FPGA邏輯文件內容的長度不停偏移接 收的首地址，並存入單板中CPU的內存中，待需動態加載的FPGA邏輯文件全部傳送到單板 的CPU完成後，從分配的動態內存中拷貝FPGA邏輯文件內容到CPU的flash中，作為新版本 的FPGA邏輯文件，並同時覆蓋舊版本的FPGA邏輯文件，待拷貝完成釋放申請的動態內存；
[0017] (4)、運行新版本的FPGA邏輯文件；
[0018] 通過單板中CPU的控制命令，把CPU的flash中的新版本FPGA邏輯文件通過CPU、 FPGA連接的localbus傳送到FPGA晶片上，待傳輸完成後，配置新版本FPGA邏輯文件的時 鍾以及數據的輸入/輸出接口，使新版本FPGA邏輯文件在要求時鐘下運行，然後控制整個 VxWorks系統工作在新版本FPGA邏輯文件的模式下。
[0019] 進一步地，所述的數據幀由幀頭和數據部分組成，而數據部分又由數據類型、數據 長度、功能函數組成，其中，數據長度用於申請動態內存，數據類型對應解析接收的數據幀 調用的功能函數。
[0020] 所述的步驟（4)中，通過單板的CPU的控制命令將新版本FPGA邏輯文件傳送到 FPGA晶片上的過程為：通過片選方式將新版本FPGA邏輯文件傳送到FPGA晶片上；其中，新 版本FPGA邏輯文件的數據傳輸是由localbus數據線與localbus地址線完成，localbus數 據線用來傳送新版本FPGA邏輯文件對應的二進位數據，localbus地址線用來指定傳送的 地址。
[0021] 本發明的發明目的是這樣實現的：
[0022] 本發明寬帶接入網中邏輯文件的動態加載方法，通過TCP協議實現FPGA邏輯文件 動態加載，在加載完成之後不需重啟系統，並且在單板運行過程中，任何時候均可以加載新 版本的FPGA邏輯文件去替代當前運行的FPGA邏輯文件，這樣在保證了傳輸效率和可靠性 的同時又提高了系統的靈活性；在實際運行過程中，只需要將客戶端的連接IP位址設置為 單板的IP位址，這樣又擴大了應用範圍，且簡單易行符合當前嵌入式系統發展的需要。
[0023] 同時，本發明寬帶接入網的邏輯文件動態加載方法還具有以下有益效果：
[0024] (1)、通過使用TCP協議實現FPGA邏輯文件動態加載，保證了數據傳輸的高效性和 可靠性；
[0025] (2)、對FPGA邏輯文件加載的前後，不要對系統進行重啟，且能動態加載多版本的 FPGA邏輯文件，這樣擴大了應用的範圍，同時保證了系統的靈活性；
[0026] (3)、本發明能夠兼容多版本的FPGA邏輯文件的加載，不要額外增加硬體開銷，又 具有低成本的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發明寬帶接入網的邏輯文件動態加載方法的原理圖；
[0028] 圖2是本發明寬帶接入網的邏輯文件動態加載方法的流程圖；
[0029] 圖3是數據幀的結構圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行描述，以便本領域的技術人員更好地 理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許 會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這裡將被忽略。
[0031] 實施例
[0032] 圖1是本發明寬帶接入網中邏輯文件的動態加載方法的原理圖。
[0033] 在本實施例中，如圖1所示，寬帶接入網的FPGA邏輯文件動態加載時，在PC端使 用的是windows系統作為客戶端，單板CPU使用VxWorks6. 8系統，實現過程中使用C/C++ 語言與TCP協議進行數據傳輸，並驗證傳輸結果。在此，以版本2 (需要加載的）FPGA邏輯 文件代替版本1 (默認版本）FPGA邏輯文件，所實施的過程，單板起始加載版本1FPGA邏輯 文件,在運行過程中，根據需求需要加載版本2。
[0034] 本發明寬帶接入網中邏輯文件的動態加載方法，如圖2所示，包括以下步驟：
[0035] S1)、編譯需要加載的FPGA邏輯文件；
[0036] 通過quartus II編譯軟體編譯需要加載的版本1和版本2的FPGA邏輯文件，編 譯時需要正確選擇對應使用的FPGA晶片型號；編譯後的FPGA邏輯文件以二進位數據組成， 由於不同的版本的FPGA邏輯文件所對應的二進位數據是不一樣的，因此，用不同的名字區 分不同版本的FPGA邏輯文件；
[0037] S2)、存放編譯後的FPGA邏輯文件；
[0038] 將編譯後的版本1和版本2的FPGA邏輯文件存放在PC端的加載目錄下；
[0039] S3)、運行當前版本的FPGA ;
[0040] 加載VxWorks系統文件到單板的CPU上，待VxWorks系統文件加載完成後，讀取PC 端存放FPGA邏輯文件的加載目錄，將版本1FPGA邏輯文件讀取並加載到單板的CPU上，並 配置版本1的FPGA邏輯文件到FPGA中，使版本1的FPGA邏輯文件正常運行；
[0041] S4)、開啟 TCP Socket 服務；
[0042] 將單板中CPU的TCP Socket伺服器端的傳輸埠與PC端中客戶端的傳輸埠設 置相同，並將單板CPU中的TCP Socket伺服器端和PC端中的客戶端同時開啟TCP Socket 服務，並將PC端中客戶端的連接IP位址設置為單板的IP位址；
[0043] S5)、PC端發送需要加載的FPGA邏輯文件大小信息；
[0044] 選擇需要需動態加載的FPGA邏輯文件，PC端中的客戶端從存放FPGA邏輯文件的 加載目錄，讀取版本2FPGA邏輯文件，並用功能函數識別出文件大小信息，並把版本2FPGA 邏輯文件大小信息封裝成數據幀傳送給單板中CPU的TCP Socket伺服器端。
[0045] 其中，如圖3所示，數據幀由幀頭和數據部分組成，而數據部分又由數據類型、數 據長度、功能函數組成，其中，數據長度用於申請動態內存，數據類型對應解析接收的數據 幀調用的功能函數；
[0046] S6)、TCP Socket服務端接收PC端發送的FPGA邏輯文件大小信息並向CPU申請 分配動態內存；
[0047] TCP Socket伺服器端監聽到發送來的數據幀後進行接收，再根據功能函數解析接 收的數據幀獲取到版本2FPGA邏輯文件的大小信息，並記錄下版本2FPGA邏輯文件的大小 信息，再根據版本2FPGA邏輯文件的大小信息向CPU申請分配動態內存，CPU進行分配並記 錄分配動態內存的首地址；
[0048] S7)、TCP Socket伺服器接收PC端發送的FPGA邏輯文件內容；
[0049] PC端中的客戶端持續發送版本2FPGA邏輯文件內容，TCP Socket伺服器根據接收 FPGA邏輯文件內容的長度不停的偏移接收地址，由於TCP協議每次能傳輸1518位元組數據， 在此定義每組傳送1024位元組，每接收一組數據對應的地址需要往後移1024位元組，準備存放 下一組接收FPGA邏輯文件內容。
[0050] 單板中CPU的TCP Socket伺服器端每接收到一組從PC端中的客戶端發送來的該 需動態加載FPGA邏輯文件內容後，發送接收確認信息給PC端中的客戶端，PC端中的客戶 端接收到單板中CPU的TCP Socket伺服器端發送來的接收確認信息後發送下一組FPGA邏 輯文件內容，否則將持續發送當前一組FPGA邏輯文件內容數，如果在一定的時間內不能成 功發送一組FPGA邏輯文件內容，則返回發送失敗信息給PC端中的客戶端。
[0051] S8)、存放接收的FPGA邏輯文件；
[0052] 待版本2FPGA邏輯文件全部傳送到單板的CPU完成後，從分配的動態內存中拷貝 版本2的FPGA邏輯文件內容到CPU的flash中，這樣將版本2FPGA邏輯文件存放在CPU固 定地址的flash內存中，並覆蓋版本1FPGA邏輯文件，待拷貝完成釋放申請的動態內存；
[0053] S9)、運行當前版本的FPGA邏輯文件；
[0054] 通過單板中CPU的控制命令，採用片選的方式把CPU的flash中版本2FPGA邏輯 文件通過CPU、FPGA連接的localbus傳送到FPGA晶片上，其中，FPGA邏輯文件的數據傳輸 是由localbus數據線與localbus地址線完成，localbus數據線用來傳送FPGA邏輯文件 對應的二進位數據，localbus地址線用來指定傳送的地址；
[0055] 這樣使整個VxWorks系統工作在版本2FPGA邏輯文件模式下，待傳輸完成後，配置 版本2FPGA邏輯文件的時鐘以及數據的輸入/輸出接口，使版本2FPGA邏輯文件在要求時 鐘下運行，然後控制整個VxWorks系統工作在版本2FPGA邏輯文件的模式下。
[0056] 儘管上面對本發明說明性的【具體實施方式】進行了描述，以便於本【技術領域】的技術 人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限於【具體實施方式】的範圍，對本【技術領域】的普通技 術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和範圍內，這些 變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
【權利要求】
1. 一種寬帶接入網中邏輯文件的動態加載方法，其特徵在於，包括以下步驟： (1) 、編譯需要加載的FPGA邏輯文件 在PC端，選擇對應使用的FPGA晶片型號，通過quartus II編譯需要加載的FPGA邏輯 文件，，將編譯後的FPGA邏輯文件存放在PC端的加載目錄下； (2) 、運行當前版本的FPGA 加載VxWorks文件到單板的CPU上，待VxWorks系統文件加載完成後，讀取PC端加載 目錄存放的默認FPGA邏輯文件，將默認版本的FPGA邏輯文件並加載到單板的CPU上，並配 置該默認FPGA邏輯文件到FPGA中，使默認版本的FPGA邏輯文件正常運行； (3) 、更換默認版本的FPGA邏輯文件 將單板中CPU的TCP Socket伺服器端的傳輸埠與PC端中客戶端的傳輸埠設置相 同，並將單板(PU中的TCP Socket伺服器端和PC端中的客戶端同時開啟TCP Socket服務， 並將客戶端的連接IP位址設置為單板的IP位址； 選擇需要需動態加載的FPGA邏輯文件，PC端中的客戶端從存放FPGA邏輯文件的加載 目錄下讀取該需動態加載的FPGA邏輯文件，並用功能函數識別出文件大小信息，然後組裝 成數據幀傳送給單板中CPU的TCP Socket伺服器端； 單板中CPU的TCP Socket伺服器端監聽到發送來的數據幀後進行接收，再根據功能函 數解析接收的數據幀獲取到該需動態加載的FPGA邏輯文件的大小信息，根據該需動態加 載的FPGA邏輯的文件信息向CPU申請分配動態內存，CPU進行分配並記錄分配動態內存的 首地址； PC端中的客戶端持續發送該需動態加載FPGA邏輯文件內容，單板中CPU的TCP Socket 伺服器端每接收到一組從PC端中的客戶端發送來的該需動態加載FPGA邏輯文件內容後， 發送接收確認信息給PC端中的客戶端，PC端中的客戶端接收到單板中CPU的TCP Socket 伺服器端發送來的接收確認信息後發送下一組FPGA邏輯文件內容，否則將持續發送當前 一組FPGA邏輯文件內容數，如果在一定的時間內不能成功發送一組FPGA邏輯文件內容，則 返回發送失敗信息給PC端中的客戶端； 單板中CPU的TCP Socket伺服器根據接收FPGA邏輯文件內容的長度不停偏移接收 的首地址，並存入單板中CPU的內存中，待需動態加載的FPGA邏輯文件全部傳送到單板的 (PU完成後，從分配的動態內存中拷貝FPGA邏輯文件內容到CPU的flash中，作為新版本的 FPGA邏輯文件，並同時覆蓋舊版本的FPGA邏輯文件，待拷貝完成釋放申請的動態內存； (4) 、運行新版本的FPGA邏輯文件； 通過單板中CPU的控制命令，把CPU的flash中的新版本FPGA邏輯文件通過CPU、 FPGA連接的localbus傳送到FPGA晶片上，待傳輸完成後，配置新版本FPGA邏輯文件的時 鍾以及數據的輸入/輸出接口，使新版本FPGA邏輯文件在要求時鐘下運行，然後控制整個 VxWorks系統工作在新版本FPGA邏輯文件的模式下。
2. 根據權利要求1所述邏輯文件的動態加載方法，其特徵在於，所述的單板可以在運 行狀態下動態更換FPGA邏輯文件，且不需要對單板重啟。
3. 根據權利要求1所述邏輯文件的動態加載方法，其特徵在於，所述的數據幀由幀頭 和數據部分組成，而數據部分又由數據類型、數據長度、功能函數組成，其中，數據長度用於 申請動態內存，數據類型對應解析接收的數據幀調用的功能函數。
4.根據權利要求1所述的邏輯文件的動態加載方法，其特徵在於，所述的步驟（4)中， 通過過CPU端的控制命令將新版本FPGA邏輯文件傳送到FPGA晶片上的過程為：通過片選 方式將FPGA邏輯文件傳送到FPGA晶片上；其中，FPGA邏輯文件的數據傳輸是由localbus 數據線與localbus地址線完成，localbus數據線用來傳送FPGA邏輯文件對應的二進位數 據，localbus地址線用來指定傳送的地址。
【文檔編號】H04L29/08GK104090792SQ201410314207
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月3日 優先權日:2014年7月3日
【發明者】張崇富, 劉載偉, 凌雲, 肖能武, 邱昆 申請人:電子科技大學