基于单片机的FPGA并行配置方法

刘工在呢

0 q) a, g; z+ Z, Q) [* ]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
/ R/ H0 `9 Q5 L; ^1 PFLEX10K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
* W( S% p3 `6 j, I2 ^$ v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
点,该方法可以广泛地应用于不同领域。
; J$ k% r" @" J$ e0 w
0 J5 l3 [; ~9 n0 t关键词:单片机PPA FPGA 配置

; A. i) h# E/ p' W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.
键因素。在这种背景下。Altera公司的基于SRAM LUT结
构的FPGA器件得到了广泛的应用。这类器件的配置数
( U) U& j( W  F$ w+ w0 f5 D4 k据存储在SRAM中。由于SRAM的掉电易失性,系统每
1 D! U& y) V) n* C次上电时, 必须重新配置数据,只有在数据配置正确的
6 ^7 Q6 `8 j, b' _( L# d' U3 O情况下系统才能正常工作。这种器件的优点是可在线重
8 F' O5 d+ o/ p9 _新配置ICR(In- Cirecuit Reconfiguability), 在线配置方式一
5 w8 O* O! ^* [; V$ k7 p5 u; `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
上电时,系统本身具有自动加载可编程逻辑器件的编程.
: q) q# D! P9 _: i. V0 N文件,完成对可编程逻辑器件的配置,就可以省去了通
9 |% d- W- Z( Z+ B3 d0 B' y* x+ v5 u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
7 A0 @* e* Q2 l; v# Y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
( y  X% i' T- E' s% V置,取得了良好的效果。
7 D2 M+ p9 u& U" _# h1 FPGA器件的配置方式和配置文件
1.1 FPGA器件的配置方式
+ o' ^- X* p5 [' W% }ALTERA公司生产的具有ICR功能的FPGA器件有
FLEX6000，FLEX10K、APEX和ACEX等系列。它们的配
) S/ ^/ S+ H) X* \# A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
3 ]% ?4 F& w1 L9 c/ R: ?6 C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
方案却很少见到。但由于PPA配置模式为并行配置,其
, P3 ~% c0 h7 `- C% {/ j0 u2 T配置速度快，且配置时钟由FPCA内部产生(而PS
% E- y; p* W. a7 y等配置模式需要外加配置时钟),故其更有利于在
线实现。本文的配置方案便是采用PPA配置方式
1 B3 c: d/ d3 J5 H9 @. J/ J实现的。
1.2 FPGA器件的配置文件
: b9 x( m8 d. I7 W' {ALTERA的MAX+PLUS I1开发工具可以生成
! A- E: j0 h  c% q多种配置或编译文件，用于不同配置方法的配置
; H3 i1 j; n! w' x( n7 b* G0 m8 \系统。对于不同的目标器件,配置数据的大小不同,配置
3 m9 V, @% t, u/ V( E1 ~! ?2 o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
! Y9 W* {. q  V6 ~0 J, q2 ~- `包括所有的配置数据，一个字节的.rhf文件有8位配置
7 I$ `! |) |, y( a1 ?数据。由于Altem提供的软件工具不自动生成.rb文件，
, p6 M$ ^/ W( j: Y故文件需按照下面的步骤生成:①在MAX+PLUS II编
译状态下，选择文件菜单中的变换SRAM目标文件命
令;②在变换SRAM目标文件对话框,指定要转换的文
# {" L8 t) F0 L. s7 [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
AT89C52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 g2 c. U* W; y4 I8 T; s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
0 U5 \9 q# o- o9 R- d$ a4 D过1k0电阻上拉到Voc。在采用PPA配置方式时.nCS
和CS两个片选信号只需用一个。

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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