一种基于一种基于FPGA的在线程序升级方案的在线程序升级方案
介绍了一种基于XILINX FPGA的在线程序升级方案，该方案不需要额外增加器件，在不改变硬件状态的前提
下，实现产品的软件功能升级。由于对配置芯片（PROM）的所有操作均由FPGA的内部逻辑实现，故此方案具
有良好的移植性和扩展性。
0 引言引言
本文的研究课题是基于一种已应用在某型号上的弹载测试设备，因总体要求有变，需要对出厂后的产品功能进行升级。由
于此类产品在出厂前都需要进行特殊的工艺处理，产品交付后不具备开盖重复烧录程序的条件，且根据型号研制要求，弹上设
备在完成系统匹配试验和综合试验后禁止拆卸维修，因为设备拆卸后，状态遭到破坏，前期进行的各项试验需要重新评估，影
响到型号研制进度。为解决这个难题，本文提出了一种在线程序升级方案，在不破坏产品硬件状态的前提下，利用FPGA灵活
的内部逻辑资源实现自身的软件功能升级。
1 应用背景应用背景
随着内部资源的日趋丰富以及可重复配置的优势，FPGA在测试设备中担任了重要的角色，实现的功能也日趋复杂化和多样
化，对产品功能实现重配置的应用需求也在日益加大。产品功能重配置是在不改动设备硬件状态的前提下，通过更新FPGA的
程序文件，达到产品功能更改及升级的方法。目前主流的应用方案是使用MCU(或DSP)+存储芯片的架构
[1]
，MCU负责存储芯
片的读写，存储芯片作为FPGA的程序代码存储器，产品上电后，MCU将存储芯片中的数据读出，并按照特定时序（FPGA加
载时序）发送到FPGA，此过程即为FPGA的数据加载流程
[2]
。此方案不适用于本文的研究课题，原因有二：首先，此方案需
额外增加MCU和存储芯片两个芯片，印制板的布局难度加大，尤其对于本设备印制板上器件已经很多并无多余空间的情况更
加明显；其次，软件的数量增多，增加了MCU软件后，出故障的概率也随之加大，由于MCU不仅需要对存储芯片进行读写操
作，还需要对FPGA的上电加载过程进行模拟，如果加载不成功，不仅产品的升级功能失败，产品的基本功能也随之失效，考
虑到本产品的特殊应用场合，此方案风险较大，不宜采用。
本文采用的方案是在FPGA的内部构建功能模块，由该模块完成PROM芯片烧写所需要的相关操作。在对产品进行软件升级
时，该模块执行升级工作，不需要进行升级时，模块闲置，不发挥作用。该模块与产品的原功能模块独立运行，互不干涉。设
备上电时，FPGA的程序加载流程仍由自带的PROM配置芯片自动完成。该方案既没有额外增加芯片，也没有额外增加软件个
数，大大降低了出错的风险。
2 功能实现功能实现
设备的系统连接框图如图1所示，设备通过RS-422接口与地面测控台连接，地面测控台通过网络通信接口与计算机连接。
测试设备的主控芯片FPGA为XILINX公司的Virtex-4系列XC4VSX35芯片，PROM配置芯片型号为XCF32PFSG48C，存储容
量32 Mbit
[3]
。
计算机通过网络接口将烧写文件发送到测控台，测控台通过RS-422接口将烧写数据发送到设备，设备通过RS-422接口向测
控台反馈状态信息。下面分别从烧写文件的生成、测控台与设备的通信协议、FPGA与PROM的连接、FPGA软件设计4个方
面进行阐述。
2.1 烧写文件生成烧写文件生成
XILINX设计工具（PROMGen）可生成多种格式的配置数据文件，这些数据文件可以存储在PROM中，也可以存储在其他
非易失性存储芯片中
[4]
。配置文件的常用格式见表1。
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