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可编程逻辑相关技术文章大容量FPGA构成的多节点系统远程升级系统设计详解
引言
多节点系统，在目前的很多电子系统应用场合都可以看到。这种多节点系统由于具有结构可扩展性、功能配置的灵活性以及便于查找故障节点等良好的可维护性得到了越来越广泛的应用。通常，多节点系统各个节点的主要硬件构成有很大的相似性。特别是近年来， FPGA 这个强大的平台让多节点系统各个节点的硬件构成拥有了更广泛的通用性。尤其是随着 IP 核技术的推广，再加上一些功能强大的 CPU 核的出现，如 Xilinx 公司提供的 PicoBlaze 和 MicroBlaze 等，使得目前的许多系统的主要功能都可以由大容量的 FPGA 实现，而无需再使用比较昂贵的高性能微处理器。
对于节点系统，这将大大降低系统成本。对于由大容量 FPGA 构成的多节点系统，系统的升级是一个费时费力的工作。此时，FPGA 的远程升级能力就显得尤为重要。对于包含 arm、DSP、PowerPC 等高性能嵌入式微处理器的多节点系统，使用这些嵌入式微处理器，采用 SELECTMAP 对 FPGA 进行加载并实现远程升级，无需增加过多的外部器件，是非常经济和高效的。但对于核心器件就是大容量 FPGA 的系统，如果由 FPGA 本身来接收升级数据并写入存储配置数据的非易失性存储器，一旦升级失败，将无法再次升级，从而限制了它在许多需要高可靠性要求或者维护人员不便于到达的场合的应用;而如果单纯为了实现系统的远程升级而加入价格昂贵的嵌入式微处理器，又会较大地增加系统成本和复杂性。针对这种情况，笔者设计了利用 ATmega64 单片机和 RS485 总线，加上接入以太网的主控计算机构成的远程升级系统，解决了上述问题。
1 系统设计
1.1 系统结构设计
远程升级系统主要由一台接入以太网的主控计算机、半双工 RS485 总线以及各个子节点构成，组成结构如图 1 所示。主控计算机通过以太网从外部获取整个系统各个节点的升级数据，然后通过 RS485 总线向各个子节点发送其对应的升级数据，完成多节点系统的升级。RS485 总线采用一主多从的半双工方式，主控计算机为总线的主控制器，只能由它向各个节点发起通信连接，其余子节点只能响应主控计算机的控制命令。