基于FPGA的在线重构设计方法

王伟伟，闫新峰，修 展，徐 进，张 甜

(北京航天长征飞行器研究所，北京 100076)

0 引言

随着航天技术的发展，FPGA凭借其丰富的接口和逻辑资源，逐渐取代单片机和DSP，越来越多地应用到产品设计中。它可以大大减小设计规模，提高设计效率。根据可编程技术不同，FPGA分为SRAM(static random access memory)型、反熔丝型和Flash型[1-2]。由于SRAM型FPGA采用CMOS工艺，集成度高、性能优越、资源丰富、成本低廉，其可重复编程的特性使它拥有广阔的应用，尤其是在航天器的在轨更新和维护方面，优势明显。但航天系统是一个可靠性要求的系统，空间辐射对于SRAM型FPGA影响巨大，会引起单粒子反转，如果导致关键性能失效，很有可能导致任务失败，带来巨大的损失。同时航天工程是一个复杂的工程，需要各系统协同合作才能完成。通常在研制初期，由于进度原因，细节考虑不全或因为用户需求变化，在总装后需要对产品中FPGA软件进行升级才能正常工作，这时如果产品不具备在线重构功能，则必须进行拆卸操作，由此造成了巨大的时间和成本损失，因此FPGA具备在线重构功能成为系统越来越迫切的需求[3-4]。

针对Xilinx 7系列以下FPGA、7系列FPGA和ZYNQ提出了三种提高在线重构可靠性的设计方法，分别为基于ASIC在线重构设计方法、基于MultiBoot多镜像的设计方法和基于ZYNQ的在线重构技术[5-7]。这三种方法几乎涵盖了Xilinx所有FPGA，实现了在线重构技术，提高了系统可靠性。

1 FPGA配置方法

在嵌入式领域，FPGA凭借丰富的接口和逻辑资源，越来越受到工程师的欢迎，尤其是配置方式的多样性和在线重构技术，给工程师提供了丰富的设计方法和设计空间，根据实际需求随时改变设计来实现改变或增加新的功能，提高系统的安全性和可靠性。……