基于Java的FPGA可編程嵌入式系統(tǒng)

　　1. 應(yīng)用程序代碼(包括可對(duì)FPGA進(jìn)行編程的比特流)下載協(xié)議;

　　2. 用于遠(yuǎn)程管理的系統(tǒng)維護(hù)相關(guān)的協(xié)議;

　　3. 控制對(duì)嵌入式系統(tǒng)訪問(wèn)權(quán)限的認(rèn)證協(xié)議。

　　系統(tǒng)管理器包括基于socket連接的客戶(hù)端類(lèi)加載器。遠(yuǎn)端應(yīng)用程序可以下載到本地并按照下面的過(guò)程執(zhí)行：

　　1. 完成認(rèn)證過(guò)程，系統(tǒng)進(jìn)入管理模式;

　　2. 下載應(yīng)用程序代碼，完成系統(tǒng)初始化，比如加載FPGA可編程比特流到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元;

　　3. 執(zhí)行新的應(yīng)用程序。

　　在該系統(tǒng)中，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，預(yù)先映射硬件方法地址到確定的系統(tǒng)物理存儲(chǔ)區(qū)，目的是為了尋址操作的方便快捷。

　　由于我們使用了Java軟件平臺(tái)，應(yīng)用程序就無(wú)法直接訪問(wèn)底層的硬件。這就是說(shuō)，運(yùn)行在處理器Java虛擬機(jī)上的應(yīng)用程序不能直接訪問(wèn)映射到FPGA中硬件方法的緩存區(qū)域。為解決這個(gè)問(wèn)題，理論上可以采用下面兩種方法：

　　1. 修改Java虛擬機(jī)，使其具有對(duì)處理器物理地址的直接訪問(wèn)能力;

　　2. 單獨(dú)設(shè)計(jì)一種Java本地接口(JNI)，使得應(yīng)用程序通過(guò)該接口提供的功能實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件方法映射到的物理地址的訪問(wèn)。

　　盡管第一種方案的效率較高，并且沒(méi)有引入額外開(kāi)銷(xiāo)，但是修改Java虛擬機(jī)內(nèi)核是相當(dāng)繁雜的工作，同時(shí)也可能會(huì)引起潛在的系統(tǒng)不穩(wěn)定。第二種方案雖然引入了一定的額外開(kāi)銷(xiāo)，但便于移植和實(shí)現(xiàn)。因此，我們采用方案二，在Java虛擬機(jī)和Java本地接口之外又設(shè)計(jì)了一個(gè)本地通信庫(kù)。

　　本地通信庫(kù)API形式如下：

　　int hwWriteXXX(int addr, XXX p);

　　int hwWriteArrayXXX(int addr, XXX[] p);

　　XXX hwReadXXX(int addr);

　　XXX[] hwReadArrayXXX(int addr);

　　int hwConfig(int cf_mem_addr, int bitstr_size);

　　Java本地接口層接口的形式如下：

　　class HWInterface{

　　static int ConfigStatus;

　　public static native int setParam(CID hw_cid, object P)

　　{

　　if(type_of_P == XXX)

　　err = hwWriteXXX(hw_cid.addr, (XXX)P);

　　return err;

　　}

　　public static native int getResult(CID hw_cid, object R);

　　public static native int setCMD(CID hw_cid, int cmd);

　　public static native int getStatus(CID hw_cid);

　　public synchronized static native int configHW( CID hw_cid);

　　}

　　在上面代碼中，XXX表示基本的Java數(shù)據(jù)類(lèi)型如整型(integer)、浮點(diǎn)型(float)、雙精度型(double)等。