一种基于单片机的fpga并行配置的实现

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1、一种基于单片机的FPGA并行配置的实现解放军电子工程学院薛王伟李小波解放军驻七八四厂军代室伍波摘要:讨论了基于SRAM技术的FPGA可编程逻辑器件的配置方法，并以Altera公司FLEX10K系列器件为例,提出了一种利用单片机对可编程逻辑器件进行被动并行配置（PPA）方案。该方案速度快、简单易行、便于实现，能在系统复位或上电时自动对器件编程，有效的解决了基于SRAM的FPGA器件掉电易失性的问题。该方法可以广泛应用于很多领域。关键词:SRAM；FPGA；配置；单片机；被动并行引言---FPGA是可编程逻辑器件，经常被用于设计专用集成电路

2、（ASIC），并以其编程方便、集成度高、速度快、价格低等特点受到广大电子设计人员的青睐。特别是Altera公司的嵌入式可编程逻辑器件FLEX10K系列更是受到人们的重用。它是基于SRAM查找表（LUT）结构的FPGA器件，配置数据存储在SRAM中。由于SRAM工艺的掉电易失性，所以每次系统上电时，必须重新配置数据，即ICR(In-CircuitReconfigurability)，只有在数据配置正确的情况下系统才能正常工作。所以选取什么配置方案也是设计者必须考虑的一个问题。在笔者参与研制的一种干扰系统中，采用被动并行配置（PPA）方案，

3、利用单片机（AT89C52）对FLEX10K系列的EPF10K10进行在线并行配置，取得了良好效果。本文将对其实现方法予以介绍。1基于SRAM的可编程逻辑器件的配置方式及优缺点---对SRAM加载配置数据常常采用下载电缆的配置方式，这种方法简单易行，只需直接将配置数据通过下载电缆由计算机下载至芯片，可以很方便地修改系统功能，因此被广泛应用在实际系统开发设计阶段。但对于已经设计完的应用系统，如果每次掉电后都要通过计算机下载配置会带来很多不便。因此，如果在对系统重新上电时，系统本身能自动加载可编程逻辑器件的编程文件，从而对可编程逻辑器件进行

4、配置，这样就省去了通过手工由下载电缆对器件配置的过程。该方法的前提是必须在应用系统加上存储器保存器件的编程文件，以供系统自动加载时使用。方法的实现常用的有两种，以Altera公司的FLEX10K系列器件为例。---一种是采用主动配置的方法,即在系统对SRAM加载配置数据时,由可编程逻辑器件自身控制整个配置过程。FLEX10K系列常用的主动配置是AS(主动串行)方式,即将编程文件存放在Altera公司的EPC系列专用存储器中，在芯片上电时由FLEX器件控制整个配置过程,实现将编程文件串行地送到FLEX器件的DATA0脚进行配置,并在配置结

5、束后自动进行器件的初始化过程,并进入用户状态。该方法简单方便，不需要其他的外围控制器,由FLEX器件自身引导整个配置过程，但是必须采用专用存储器放置配置数据,而对专用存储器的编程也需要专用的编程硬件，相对说成本较高。---另一种是采用被动配置(PS或PPA、PPS)的方式。编程文件可以放在通用程序存储器中，如EPROM、EEPROM或FLASH中，在FLEX器件上电后，由芯片外部控制器自动地从通用存储器中读出编程文件并送到FLEX器件进行配置，数据传送方式可以为串行，也可以为并行。串行传送时，即PS方式，配置数据送至FLEX的DATA0

6、管脚；并行传送时，即PPA或PPS方式，配置数据送至FLEX器件的DATA0到DATA7脚。常用的外部控制器一般采用微控制器或CPU这样的智能主机，在采用微控制器配置时，如采用MCS51单片机，一般只使用一位宽的串行数据通道而不是字节宽的并行数据通道。该方法的优点是不必采用Altera的专用存储器，使用廉价的通用程序存储器就可以实现，这对需要大容量器件配置文件的场合，在降低成本上是非常有利的。该方法的另一个突出优点是，可实现单系统多方案的配置。因为数据的配置过程是通过外部智能控制器进行的，所以可以根据需要，在通用存储器中对单一系统存放多

7、种功能的配置文件，再由外部控制器根据具体情况自动选择对芯片配置何种功能。这一优点是其他任何一种配置方法所不具备的。下面将探讨利用微处理器(AT89C52)对FLEX10K系列进行PPA配置的方法。2一种基于AT89C52对FELX10K系列的PPA配置方案2.1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+PLUSII编译生成的配置文件(.sof)通过格式转换成为rbf格式的文件，被存储在图中所示的存储器中。当使用PPA配置方式时，需要将MSEL1和MSEL0锁定为高电平。为了不使DCL

8、K出现不确定信号，必须将其经过1kΩ电阻上拉到Vcc。在采用PPA配置方式时，nCS和CS两个片选信号只需用一个。因此，如果采用其中一个作为片选信号时，另一个必须将其直接置为有效位。如果选用CS作片选信号来