[发明专利]一种基于PCIe的多FPGA动态配置装置及方法

说明书

本发明公开一种基于PCIe的多FPGA动态配置装置及方法，所述装置包括上位机程序控制单元、与所述上位机程序控制单元连接的Zynq、分别与所述Zynq连接的DDR、QSPI Flash0、n组FPGA，以及分别与所述n组FPGA一一对应连接的n组四线串行外设接口闪存QSPI Flash；所述Zynq包括依次串联的PCIe接口单元、PS程序控制单元、配置数据接口单元，以及分别与所述配置数据接口单元连接的n组异步处理单元；其中PCIe接口单元、配置数据接口单元以及n组异步处理单元由Zynq的PL部分来实现，PS程序控制单元由Zynq的PS部分来实现。本发明所有配置过程均通过Zynq和FPGA内置的配置程序完成，逻辑资源占用少，配置过程灵活可控，具有很好的可扩展性，同时也不影响FPGA其他功能的实现。

技术领域

本发明属于计算机应用领域，具体涉及一种基于PCIe的多FPGA动态配置装置与方法。

背景技术

随着计算机应用技术的快速发展，应用场景呈现多样化，应用需求也随之不断发生变化，经常需要根据现场实际需求对设备功能进行调整和升级。FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片是一种基于硬件描述语言的可编程集成电路，可以使用专门的硬件描述语言对逻辑电路进行设计，根据现场实际需求实现不同的逻辑功能。目前FPGA芯片都是基于RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)技术，在掉电后FPGA程序将会丢失，所以需要使用专门的存储芯片在掉电后仍然能够保存FPGA程序。但是存储芯片中的FPGA程序一旦固化以后，可实现的FPGA功能固定，无法灵活地进行调整和升级，因此需要根据现场实际需求对存储芯片进行重新配置。

通用的解决方法是使用专用编程电缆进行在线编程或使用专门的配置芯片设计配置电路。使用专用编程电缆进行在线编程对于复杂的现场环境来说通常不具备实施条件；使用专门的配置芯片设计配置电路则增加了硬件成本，额外占用了较多的硬件资源。因此本发明提供一种新的配置装置与方法，在不使用专用编程电缆和配置芯片的情况下能灵活的对多个FPGA进行动态配置。

发明内容

本发明提供一种基于PCIe的多FPGA动态配置装置与方法，通过PCIe接口接收多个FPGA的配置文件数据，通过调用Zynq和FPGA内置的配置程序实现多个FPGA的动态配置，解决了FPGA配置文件数据固化后，可实现的FPGA功能固定，无法灵活地根据现场实际需求进行FPGA功能升级的问题。

本发明第一方面，提出一种基于PCIe的多FPGA动态配置装置，所述装置包括上位机程序控制单元、与所述上位机程序控制单元连接的Zynq、分别与所述Zynq连接的n组FPGA、以及分别与所述n组FPGA连接的n组四线串行外设接口闪存QSPI Flash；所述Zynq包括依次串联的PCIe接口单元、PS程序控制单元、配置数据接口单元，以及分别与所述配置数据接口单元连接的n组异步处理单元；所述PCIe接口单元与所述上位机程序控制单元输出端连接，n组异步处理单元分别与n组FPGA上的配置单元一一对应连接，n组配置单元分别与n组四线串行外设接口闪存QSPI Flash一一对应连接；

所述PS程序控制单元分别与一个双倍速率同步动态随机存储器DDR和一个四线串行外设接口闪存QSPI Flash0连接；所述PS程序控制单元通过串口与上位机程序控制单元连接；所述PS程序控制单元通过扩展接口分别与所述n组配置单元和所述n组四线串行外设接口闪存QSPI Flash连接，其中1≤n≤15。

优选地，所述上位机程序控制单元用于存储Zynq和/或FPGA的配置文件数据，封装配置文件数据，将各配置文件数据、数据长度和缓存于DDR的基地址发送给Zynq，下达启动配置指令，接收串口信息指示Zynq和/或FPGA的配置进度以及是否配置成功；

所述Zynq用于接收、解析、校验、缓存配置文件数据，根据配置命令判定所需配置的Zynq和/或FPGA；依据QSPI Flash的配置时序配置QSPI Flash0；进行配置文件数据分发、配置文件数据异步处理；