基于FC-AE-ASM协议的FPGA统一升级方法
信息通信
INFORMATION  & COMMUNICATIONS
2019年第5期
(总第197期)
2019(Sum. No  197)
基于FC-AE-ASM 协议的FPGA 统
张成，李斌，曾晓东
(航空工业西安航空计算技术研究所，陕西西安710065)
升级方法
摘要：随着航空电子网络的快速发展，现场可编程逻辑门阵列(FPGA  )由于其优越性能得到了广泛应用，FPGA 设备目标
码升级工作的重要性也越来越高。某应用中FPGA 有逻辑、固件和配置表三种不同的目标码，传统升级方法对不同的目
标码要采取不同的通信协议，从而使其升级的流程更为复杂。针对系统架构中的难点，提出了基于FC-AE-ASM 协议的
FPGA 统一升级方法，使FPGA 设备实现从数据加载设备上统一远程传输逻辑、固件、配置表并进行固化。在功能实现 的基础上，文章对基于FC-AE-ASM 协议的FPGA 统一升级方法和传统升级方法的时间性能进行了分析和比较。
关键词：航空电子网络;FPGA ；FC-AE-ASM 协议；统一升级
中图分类号：V243 文献标识码:A  文章编号：1673-1131(2019)05-0218-02
0引言
随着航空电子网络的快速发展叫FPGA 设备目标码的部
署、加载和升级的复杂度也在逐步提高。以本文研究的FPGA
设备为例，它有逻辑、固件和配置表三种不同的目标码，目标
码种类繁多且通信速率低，升级时间太长；升级过程中使用的
工具和软件种类多，给用户的准备工作带来了较大困难。
而本文使用的FC-AE-ASM 协议是一种髙速通信协议回， 通信速率属于千兆级别，提高了通信效率，节省了升级时间；
另外基于FC-AE-ASM 协议的FPGA 升级方法使用航空电子 网络内部的数据加载设备向FPGA 设备统一传输各种目标码,
则更是省去各种升级软件的安装和升级工具的适配，减轻了
FPGA 升级的工作量。
期房和现房1 FC-AE-ASM 协议原理
FC-AE-ASM 协议a 美国国家信息和通信标准委员会(IN-
CITS)针对航电系统中处理器、传感器和显示器之间通信要求， 提供了高可靠性、确定性、安全、低延时、支持实时传输控制的 通信协议，直接基于FC-FS(物理信号层协议)o
由于它可以支持无确认帧的交付叫通信速率可以达到千 兆级别，而且抗干扰能力强，所以在航空电子网络中用来进行
视频、目标码等大数据的传输，从而作为升级的传输协议。
2设计方法
2.1统一升级方法系统构型
基于FC-AE-ASM 协议的FPGA 升级方法系统构型如图
降火茶1所示，系统构型中包含数据加载设备和FPGA 设备。
图1统一升级方法系统构型
数据加载设备，通过FC-AE-ASM 协议统一向FPGA 设备 传输目标码。设备上存储了待加载的所有目标码；
FPGA 设备，可从数据加载设备上远程接收数据并进行固
化完成升级，在传输和固化过程中，都进行了校验确保数据的
正确性。在雨中漫步
2.2统一升级方法设计
基于FC-AE-ASM 协议的FPGA 统一升级方法需要单独
实现下面三个功能：
(1) FC-AE-ASM 协议收发模块，用来完成数据加载设备
和FPGA 设备之间的命令交互和数据传输；
(2) FLASH 和PROM 访问控制驱动旳，其中FLASH 用来
存储固件和配置表,PROM 用来存储逻辑；
(3) 数据校验模块，用来确保数据的正确性。
FPGA 升级方法的过程分为启动升级、数据传输、完成升后悔
级三个阶段。启动升级阶段由数据加载设备向FPGA 设备发
送版本信息请求,FPGA 设备返回版本信息，数据加载设备确 认后发送目标码文件信息，数据传输阶段，数据加载设备分包
向FPGA 设备发送待升级目标码文件,FPGA 设备接收文件后
进行校验，校验一致的话发送数据传输成功状态信息；完成升 级阶段,FPGA 设备调用相应硬件驱动存储目标码并对固化文
件进行校验，如果成功，发送升级完成状态信息。
3设计实现
基于FC-AE-ASM 协议的FPGA 统一升级方法需要实现
数据加载设备和FPGA 设备两部分。
3.1数据加载设备软件实现
图2数据加载设备软件处理流程
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信息通信
张成等：基于FC-AE-ASM 协议的FPGA 统一升级方法
数据加载设备软件需要实现的FC-AE-ASM 协议收发模 块、数据校验模块。其中FC-AE-ASM 协议收发模块可以提供 FGASM 帧收发接口，数据校验模块对目标码进行CRC 校验。
数据加载设备软件的处理流程如图2所示。数据加载设 备软件发送版本请求命令；获取FPGA 设备版本信息，比较版 本信息判断是否需要升级，如果不需要升级，则结束流程；如 果需要升级，则发送目标码文件信息，然后分包发送目标码, 接收FPGA 设备回复的数据传输状态信息，状态不成功则重 新发送目标码；状态成功则等待接收升级完成状态信息，如果 状态不成功则发送版本请求命令重新确认是否成功，如果成 功则完成本次升级，结束软件处理流程。3.2 FPGA 设备软件实现
FPGA 设备端软件需要实现的模块有FC-AE-ASM 协议
收发模块、数据校验模块、硬件访问控制模块和串口控制台模 块，其中FC-AE-ASM 协议收发模块提供FC-ASM 帧收发接 口，用来和数据加载设备进行命令交互和数据传输；数据校验 模块，通过对接收到的目标码计算校验和，来确认数据传输是 否成功，通过对固化文件进行校验，来确认升级完成状态是否 成功；硬件访问控制模块,PROM 访问控制驱动用来存储逻辑 目标码,FLASH 访问控制驱动用来存储固件和配置表目标码; 串口控制台可以査看FPGA 设备升级状态。
c 结束)
笈送升级左成成 功狀态倡息
图3 FPGA 设备软件处理流程
FPGA 设备软件的处理流程如图3所示。FPGA 设备软 件上电开始初始化，接收版本请求命令，发送FPGA 设备版本 信息给数据加载设备；然后接收目标码文件信息，其中包含目 标码校验和，接着分包接收目标码文件信息；调用数据校验模 块计算目标码的校验和，和接收到的校验和进行比较；假如校 验和一致则发送数据传输成功状态信息，校验和不一致则发
送数据传输失败信息，并重新接收目标码；数据传输成功后调 用硬件访问控制驱动固化文件，然后在调用数据校验模块校 验固化文件；校验失败则发送升级完成失败状态信息，并重新 接收版本请求命令；校验成功则发送升级完成状态成功信息， 串口控制台输出升级完成信息，完成FPGA 设备升级结束软 件处理流程。
4性能测试
在数据加载设备软件和FPGA 设备软件分别完成相应功 能后，我们对基于FGAE-ASM 协议的FPGA 设备统一升级方 法进行了性能测试，并和传统升级方法进行了比较。
传统升级方法使用必须在PC 机上按照逻辑升级软件、串 口升级工具、以太网升级工具，使用编程电缆、串口线和网线 三种线缆；本文的统一升级方法使用数据加载设备通过光纤 对FPGA 设备统一升级逻辑、固件和配置表，不需要单独安装 软件。其中逻辑目标码大小约50MB，固件1MB 左右，配置表 10KB 以内。
表1测试结果比较
目标码种类
传统升级方法统一升级方法
逻辑编程电缆通信速率为
500Kb, 20分钟，易 干扰
通信速率为2G, 8分
钟左右，稳定
固件串口波特率为
115200, 3分钟左右，易干扰
通信速率为2G，半分 种左右，稳定
竹叶青的功效配置表
以太网通信速率百
兆，10秒钟左右，稳
为什么要阅兵定
通信速率为2G, 10秒 钟以内.稳定
分别使用传统升级方法和统一升级方法测试结果比较见 表1，其中升级时间包括数据传输时间和目标码固化时间。可 以看出基于FC-AE-ASM 协议的FPGA 设备统一升级方法升 级时间缩短了一半以上不易干扰，且升级使用的光纤不需要 单独安装软件和准备线缆，大大减轻了用户升级工作的工作 量，提高了工作效率。5总结与展望
本文设计并实现了一种基FC-AE-ASM 协议的FPGA 设 备统一升级方法，设计方案包括方法构型和处理流程。测试 结果表明通过该方法，可以节省升级时间，减少升级工作量。
考虑到机载网络的后续发展，基于FC-A&ASM 协议的 FPGA 设备统一升级方法需要提高通用性，形成可重用组件, 提升软件研制水平。
参考文献:
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⑶ 黎小玉，田泽.FC 协议分析仪软件设计与实现[J].计算机
技术与发展,2013,23⑻:31-34，作者简介：张成(1987-)，男，陕西省乾县人，工程师，工学硕士, 研究方向为机载网络技术。
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