3 遠程動態(tài)重構的實現(xiàn)

經過動態(tài)重構本地準備之后， 得到如表1 所示的CF卡配置文件列表。設置保留模塊，是為了給新的控制算法保留一個接口(以一個空文件存儲在CF 卡中)。

傳統(tǒng)的本地重構設計完成后， 針對重構區(qū)域會得到幾個不同的配置文件， 如針對機械臂控制算法重構區(qū)得到兩個初期設計的控制算法配置文件。在實際運行過程中， 有些環(huán)境只需PID 控制就可滿足要求， 而有些環(huán)境采用模糊控制更合適。如果采用這兩種控制方法都不能滿足工作要求時， 必然要對初期設計進行升級， 對復雜危險的工作現(xiàn)場進行遠程動態(tài)重構。

本文提出的設計方法是：GSM 模塊作為遠程數(shù)據傳輸工具， 與89C54 單片機通過UART 端口連接， 單片機接收到一個扇區(qū)512 B 的數(shù)據寫入CF 卡reserved.bit 文件中。GSM 模塊采用西門子公司的TC35 模塊，它支持AT指令，由89C54 發(fā)送AT 指令ASCI 碼對TC35 進行控制[5]。本設計主要涉及到的AT 指令如表2 所示，TC35 以串行模式與89C54 進行通信。

CF 卡必須格式化成FAT16 格式才能用于FPGA 的配置文件存儲。FAT 格式磁盤必須一次性對一個扇區(qū)進行操作， 所以單片機必須從TC35 接收滿512 B 的數(shù)據才可以對CF 卡進行寫操作。FPGA 配置完成之后CF 卡處于閑置狀態(tài)， 通過多路復用器將CF 卡與外接控制器連接以完成對.bit 文件的讀寫操作。單片機對CF 卡進行操作本質就是對FAT 文件系統(tǒng)的讀寫。

FAT 格式磁盤的邏輯分區(qū)依次為： 引導扇區(qū)、文件分配表（FAT1 和FAT2） 、文件目錄區(qū)（FDT） 和數(shù)據區(qū)[6]。引導扇區(qū)用于存儲引導程序和磁盤信息， 外界訪問CF卡都要經過引導區(qū)的識別驗證；FAT 是給每個文件分配磁盤物理空間的表格， 數(shù)據區(qū)的劃分單元為簇， 一個簇包括64 個扇區(qū)，F(xiàn)AT 表正是為每個文件構造一個簇鏈表； 文件目錄區(qū)是尋找文件的入口， 其內容是每個文件的目錄信息； 在文件目錄之后的扇區(qū)都是以簇為單位進行數(shù)據存儲， 這就是數(shù)據區(qū)。

CF 卡與89C54 接口配置關系如圖3 所示， 單片機使用TrueIDE 模式對CF 卡進行讀寫， 采用邏輯塊LAB（Logical Block Addressing ） 方式進行尋址。

CF 卡寫一個扇區(qū)（ 讀扇區(qū)基本相似， 限于篇幅不列出） 的代碼如下：
Write_Sectors: mov R2,#1 ; 一次寫一個扇區(qū)
mov R3,#0Ah; 假設LBA 為000000Ah
mov R4,#0
mov R5,#0
mov R6, #0
mov R7, #WriteSctr
acall Function; 將參數(shù)寫入CF 控制寄存器
acall WaitDRQ ; 等待數(shù)據請求
acall Write512
ret
Write512 ：mov R0,#high(data); 取數(shù)據高地址
mov R1,#low(data); 取數(shù)據低地址
mov R7,#2 ;512 B= 2 * 256
mov R6,#0 ;256 B
write: mov dph,R0; 獲取地址
mov dpl, R1
clr a
movc a, @a+dptr ; 獲取一個數(shù)據
inc dptr ; 指向下一個數(shù)據
mov R0, dph ; 保存地址
mov R1, dpl
mov DPTR,#Data_Reg; 到CF 數(shù)據寄存器
movx @dptr, a ; 向CF 卡寫一個數(shù)據
djnz R6, write
djnz R7, write ; 將512 B 的數(shù)據全部寫入CF 卡
ret

遠程動態(tài)重構的流程如圖4 所示。現(xiàn)場TC35 接收到新短信數(shù)據時會有觸發(fā)信號發(fā)送給89C54 單片機， 單片機開始讀取TC35Flash 數(shù)據。在對CF 卡進行寫操作之前， 首先要讀取reserved.bit 文件的首簇號； 讀取CF 卡文件目錄表FDT， 得到reserved.bit 的信息， 其中偏移地址為1Ah~1Bh ， 所存儲的2 B 為文件首簇號， 而接下來4 B代表文件大小。由文件首簇號在FAT 表中找到文件入口， 然后跟蹤簇鏈至簇尾（0XFFFF） ， 按照LAB 尋址方式將數(shù)據按扇區(qū)寫入CF 卡數(shù)據區(qū)， 邏輯扇區(qū)號LBA 可由簇號按公式“LBA=( 簇號－2)×64＋513 ” 計算得到。如果文件數(shù)據量比舊文件多， 則在FAT 中增加鏈表， 直至把數(shù)據存儲完畢； 如果文件較小， 則將原文件剩余FAT 簇鏈都寫入0x0000， 以釋放空間。對CF 卡的寫操作則不對其他區(qū)域進行更改。

CF 卡數(shù)據更新完畢后，接通CF 卡與SystemACE 控制器之間的多路復用器， 對控制算法重構區(qū)進行局部動態(tài)配置， 配置過程中不對其他邏輯區(qū)域的運行造成影響。

遠程動態(tài)重構結合了FPGA 局部動態(tài)重構和GSM無線數(shù)據傳輸?shù)膬?yōu)勢， 對用在野外勘測的機器人和數(shù)據采集處理系統(tǒng)有很高的應用價值， 允許設計人員根據系統(tǒng)運作情況實時地改變機器人的控制算法或數(shù)據處理算法， 使其更加適合工作環(huán)境， 既方便了設計人員對遠程設備的配置升級， 又節(jié)省了大量人力物力。今后該方案將計算機與FPGA 硬件平臺連接， 可以為硬件的外部進化遠程下載染色體到硬件平臺提供有效途徑。