基于单片机的FPGA并行配置方法

刘工在呢

摘要:讨论了基于SRAM技术的可编程逻辑器件FPGA的编程方式，并以ALTERA公司
FLEX10K系列器件为例，提出了一种利用单片机AT89C52对FPGA 进行在线PPA(被动并行异步)配置
6 j2 F* G# y; [1 |8 z5 p的实用方法。实践表明,用单片机对FPGA进行并行配置,具有配置时间短、准确率高、易于实现等优
* D7 C' z/ U' i3 j点,该方法可以广泛地应用于不同领域。
: ]- w& I  w' c) [; O" U2 Y) @
* O, ^' F% [9 R6 V关键词:单片机PPA FPGA 配置
0 h4 F+ g: P: d# _
在当今变化的市场环境中，产品是否便于现场升
级、是否便于灵活使用,已成为产品能否进入市场的关.
& v* @" N' W+ i0 Y8 q; ^. [键因素。在这种背景下。Altera公司的基于SRAM LUT结
8 r3 k6 G% G- i. }2 J构的FPGA器件得到了广泛的应用。这类器件的配置数
据存储在SRAM中。由于SRAM的掉电易失性,系统每
6 E7 e/ F7 m% T次上电时, 必须重新配置数据,只有在数据配置正确的
4 S  a* X- p: Q* h' W. x" H# C情况下系统才能正常工作。这种器件的优点是可在线重
9 V& \5 n( M+ B6 L$ J# X4 x新配置ICR(In- Cirecuit Reconfiguability), 在线配置方式一
般有两类:一是通过下载电缆由计算机直接对其进行配
置;二是通过微处理器对其进行配置。前者调试时非常
方便,但在应用现场是很不现实的。因此,如果系统重新
$ Z/ P. B. g; @+ `8 R0 T1 @5 {上电时,系统本身具有自动加载可编程逻辑器件的编程.
" x% u6 L. X3 E8 i文件,完成对可编程逻辑器件的配置,就可以省去了通
过手工由下载电缆对器件进行配置的过程。这种自动加
载配置对FPGA的某些应用来说是必需的,在笔者参与
- o& X: L& _3 t研制的一种干扰系统中，利用单片机AT89C52对
FLEX10K系列FPCA中的EPF10K10进行在线并行配
$ Q( P7 V' G5 g6 _置,取得了良好的效果。
1 FPGA器件的配置方式和配置文件
4 M/ b# P% R( O! W+ k. ?1.1 FPGA器件的配置方式
ALTERA公司生产的具有ICR功能的FPGA器件有
0 g9 U# L/ e5 N# YFLEX6000，FLEX10K、APEX和ACEX等系列。它们的配
/ d) T5 B% \6 f% {5 @) V置方式可分为PS (被动串行).PPS (被动并行同步).
PPA ( 被动并行异步)、PSA (被动串行异步)和JTAG
(Joint Test Action Group)等五种方式。这五种方式都适
- Z6 G# H/ p, W' x7 r用于单片机配置。PS方式因电路简单,对配置时钟的要
求相对较低而被广泛应用。相比而言,采用PPA配置的
. P4 S7 y% k' `! h% Y方案却很少见到。但由于PPA配置模式为并行配置,其
配置速度快，且配置时钟由FPCA内部产生(而PS
# {$ D- t: {& c# ~# Y  Q2 O9 N3 n等配置模式需要外加配置时钟),故其更有利于在
- I- `/ {. u: V2 A) @线实现。本文的配置方案便是采用PPA配置方式
实现的。
1.2 FPGA器件的配置文件
) G0 `" c4 A/ Y: T! qALTERA的MAX+PLUS I1开发工具可以生成
) u& E9 v- F0 U# o. j8 H( X多种配置或编译文件，用于不同配置方法的配置
系统。对于不同的目标器件,配置数据的大小不同,配置
# h% [) ^0 C/ ~1 A& f' x文件的大小一般由.tbf文件(即二进制文件)决定。本实
例中, EPF10KI0的配置文件.rbf的大小为15K。该文件
1 k) W3 R, c, Y4 V4 e& F包括所有的配置数据，一个字节的.rhf文件有8位配置
数据。由于Altem提供的软件工具不自动生成.rb文件，
' ]: ]$ ]; B7 p( J5 ?+ f0 f故文件需按照下面的步骤生成:①在MAX+PLUS II编
/ {) W- M! p- X# a/ s$ W译状态下，选择文件菜单中的变换SRAM目标文件命
! M8 W6 Q* E- [; R1 P令;②在变换SRAM目标文件对话框,指定要转换的文
: ?. H2 p/ }! S0 x件并且选择输出文件格式为.rb(Sequential),之后予以确
定。
2硬件电路设计
4 I: k3 D( F: uAT89C52对EPF10K10 并行配置的硬件电路示意图
如图1所示。经MAX+PILUS II 编译生成配置文件(sof),通过
2 y8 @& A1 o4 k: M格式转换成为(tbf)文件并存储在图中所示的存储器中。
当使用PPA配置方式时，需要将MSELI和MSELO置为
高电平。为了不使DCLK出现不确定信号,必须将其经
  m3 q* q- k) W! P过1k0电阻上拉到Voc。在采用PPA配置方式时.nCS
% O1 a+ }8 r1 T5 }# q和CS两个片选信号只需用一个。

; M; R9 p4 ~" U  W: }4 b附件下载：

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ALTERA公司生产的具有ICR功能的FPGA器件有FLEX6000，FLEX10K、APEX和ACEX等系列