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基于JTAG接口实现ARM对FPGA的Firmware远程配置

2020-12-16阅读(892)

基于JTAG接口实现ARM对FPGA的Firmware远程配置

论文摘要

随着信息技术的飞速发展,人们对于工业产品的需求也在日新月异的变化之中,于是加快产品的更新换代成为了设计人员在产品研发过程中急需考虑的重要因素。本设计就是为64层CT提供远程在线升级服务。在CT设备上实现嵌入式系统接入Internet中,利用强大的互联网实现64层CT产品的远程在线升级。鉴于此,本课题以如何利用互联网使64层CT设备上的FPGA部件得到升级为研究方向和目标,制定了课题研究的解决方案,并最终得以实现。针对64层CT设备部件,设计了嵌入式网络通信板(UCom板),该通信板为CT部件提供远程在线升级服务。CT用户通过互联网将升级文件下载到CT控制台(Console),然后利用UCom板将该升级文件经以太网下载到FPGA的配置存储器,等待CT部件上的FPGA器件的上电配置,从而实现了CT设备的Firmware远程在线升级服务。UCom板的设计首次将TCP/IP协议栈移植到CT设备的嵌入式系统中,并在此基础上自主定义了应用层网络传输协议,实现了Console和各个部件控制板上UCom板的数据通信。最后设计了JTAG总线,将升级文件传输到用于FPGA配置的PROM里。采用CT Firmware远程升级解决方案,首次实现了对CT设备的在线升级,避免了人为手动升级过程中可能产生的损失,大大提高了产品的更新效率,加快CT设备的固件更新周期,便于厂家维护用户设备,同时也为用户提供了方便。本课题是东软医疗系统有限公司64层CT机研发项目的部分工作。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.1.1 多层CT 概述
  • 1.1.2 多层CT 国内外发展现状
  • 1.2 多层CT 的Firmware 远程升级系统及其研究意义
  • 1.3 课题主要研究内容
  • 1.4 论文的结构
  • 第2章 FPGA 配置文件远程升级系统设计
  • 2.1 系统硬件设计
  • 2.2 系统开发环境
  • 2.3 Firmware 系统构架
  • 2.3.1 Firmware 层次划分
  • 2.3.2 Firmware 线程划分和启动流程
  • 第3章 基于uC/OS-Ⅱ 实时操作系统下 TCP/IP 协议栈移植
  • 3.1 基于uC/OS-Ⅱ 的网络平台概述
  • 3.2 uC/OS-Ⅱ 在系统设计中的实现
  • 3.3 TCP/IP 协议栈LwIP 简介
  • 3.4 LwIP 在uC/OS-Ⅱ 下的实现
  • 3.4.1 操作系统模拟层
  • 3.4.2 底层网络驱动
  • 第4章 网络传输协议设计
  • 4.1 网络传输数据结构定义
  • 4.2 数据通信机制设计
  • 4.2.1 通讯机制建立
  • 4.2.2 系统功能实现设计流程
  • 第5章 系统功能线程设计
  • 5.1 系统初始化
  • 5.2 Ethernet 服务线程的设计
  • 5.3 Data Flash 管理线程的设计
  • 5.3.1 SPI 驱动Data Flash 的实现
  • 5.3.2 Data Flash 读写指令的执行
  • 5.3.3 线程的设计流程
  • 5.4 FPGA 升级线程的设计
  • 5.4.1 PROM 内部架构
  • 5.4.2 边界扫描技术的实现
  • 5.4.3 线程的设计流程
  • 第6章 系统部件测试与功能实现
  • 6.1 系统开发环境搭建
  • 6.2 系统部件测试
  • 6.2.1 网络接口部件测试
  • 6.2.2 PROM 部件测试
  • 6.3 系统功能实现
  • 6.3.1 FPGA 配置文件升级功能实现
  • 6.3.2 Data Flash 回读功能实现
  • 结论
  • 附录Ⅰ开发环境搭建
  • 附录Ⅱ固定控制板升级电路图
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文

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