Desarrollo de un sistema de reconfiguración basado en un microcontrolador para un SoC FPGA en una carga útil bajo el estándar CubeSat

Abstract

Los dispositivos SoC FPGA representan una alternativa para aplicaciones espaciales debido a su capacidad de integrar procesamiento y lógica programable en un mismo dispositivo. Sin embargo, su funcionamiento depende de la información de configuración almacenada en la región de lógica programable, la cual puede verse afectada durante la operación del sistema. Ante esta situación, disponer de mecanismos externos de reconfiguración permite contar con una alternativa para restablecer la configuración del dispositivo cuando sea requerido.

En este trabajo se presenta el diseño e implementación de un sistema de reconfiguración externa para la región de lógica programable de un SoC FPGA Xilinx Zynq-7000 (XC7Z020). La propuesta emplea un microcontrolador MSP430FR5969 como elemento de control encargado de gestionar la información de configuración y realizar su transferencia hacia el SoC FPGA mediante una interfaz JTAG emulada por software. La arquitectura considera además una fuente de almacenamiento externa para resguardar el archivo de configuración requerido durante el proceso.

Como parte del desarrollo, se realizó el análisis de la estructura del bitstream, el diseño de los algoritmos necesarios para la comunicación mediante JTAG y la implementación del procedimiento de transferencia de la información de configuración. Asimismo, se desarrolló una herramienta auxiliar para facilitar el análisis e interpretación de los archivos utilizados durante el proceso.

Finalmente, el sistema fue implementado y verificado funcionalmente bajo condiciones de laboratorio. Los resultados obtenidos permitieron comprobar la comunicación entre el microcontrolador y el SoC FPGA, así como la transferencia del bitstream y la reconfiguración de la región de la lógica programable mediante el método propuesto.