3 遠程動態重構的實現

經過動態重構本地準備之后， 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)。

傳統的本地重構設計完成后， 針對重構區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， 有些環境只需PID 控制就可滿足要求， 而有些環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場進行遠程動態重構。

本文提出的設計方法是：GSM 模塊作為遠程數據傳輸工具， 與89C54 單片機通過UART 端口連接， 單片機接收到一個扇區512 B 的數據寫入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進行操作， 所以單片機必須從TC35 接收滿512 B 的數據才可以對CF 卡進行寫操作。FPGA 配置完成之后CF 卡處于閑置狀態， 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 文件系統的讀寫。

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

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

遠程動態重構的流程如圖4 所示。現場TC35 接收到新短信數據時會有觸發信號發送給89C54 單片機， 單片機開始讀取TC35Flash 數據。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 尋址方式將數據按扇區寫入CF 卡數據區， 邏輯扇區號LBA 可由簇號按公式“LBA=( 簇號－2)×64＋513 ” 計算得到。如果文件數據量比舊文件多， 則在FAT 中增加鏈表， 直至把數據存儲完畢； 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域進行更改。

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

遠程動態重構結合了FPGA 局部動態重構和GSM無線數據傳輸的優勢， 對用在野外勘測的機器人和數據采集處理系統有很高的應用價值， 允許設計人員根據系統運作情況實時地改變機器人的控制算法或數據處理算法， 使其更加適合工作環境， 既方便了設計人員對遠程設備的配置升級， 又節省了大量人力物力。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。